Page 105 - 无损检测2021年第三期
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胡家铖, 等:
一种改进的支持向量回归三轴管道漏磁缺陷量化方法
用缺陷的漏磁信号特征去判断缺陷的位于管壁的内 制, 以前的大部分检测器只能记录三维漏磁场的一
外位置, 但是对缺陷只进行了定性分析, 未能满足后 个或两个分量 [ 7 ] 。随着漏磁检测对缺陷类型和尺寸
续计算管道的剩余强度, 以及对管道进行安全性评 精度要求的不断提高, 三轴漏磁内检测应运而生, 三
估的要求。崔凯 [ 3 ] 利用libsvm 工具箱对管道缺陷 轴漏磁内检测记录了漏磁场的多个分量, 利用不同
数据进行了多分类研究, 他将缺陷分为大面积腐蚀、 方向的分量能够识别不同类型的缺陷并精确回归缺
周向划痕、 周向狭缝、 腐蚀斑、 针眼、 轴向划痕、 轴向 陷的尺寸。
狭缝等 7 类, 多分类缺陷量化研究较二分类研究更 三轴漏磁内检测器的工作原理与传统单轴漏磁
加符合工程实际需求, 但是仅使用了 6 个特征量不 内检测器基本相同, 其区别在于三轴漏磁内检测器在
能完全还原缺陷的信息。张少轩 [ 4 ] 利用支持向量回 一个传感器内轴向正交布置了三个霍尔传感器, 分别
归算法对漏磁缺陷进行了量化研究, 使用了更多的 用于测量管道轴向、 周向及径向的磁通量变化情况,
缺陷信号域特征, 量化的缺陷尺寸精度更高。但是 管道内三轴内检测原理如图 2 所示。这种多维数据
网格搜索法时间复杂度高并且不能很好地寻找到支 综合反应了管道内部缺陷的尺寸特征, 提高了不同类
持向量回归算法的最优参数。因此, 为了利用更少 型缺陷的探测能力和缺陷尺寸的测量精度 [ 8 ] 。
的时间获得更高精度地缺陷尺寸量化结果, 笔者基
于三轴漏磁内检测技术提取了缺陷漏磁信号的三轴
特征, 并针对提取出的三轴特征库设计了一种基于
近邻成分分析的特征选取方法, 最后结合蝙蝠群智
能算法, 改进了支持向量回归算法, 有效地减少了漏
磁管道内检测缺陷的量化时间, 提高了量化的精度。
1 三轴漏磁内检测技术原理 图 2 管道内三轴内检测原理示意
漏磁检测原理如图 1 所示。油气运输管壁在外
2 特征提取方法设计
加磁场的作用下被磁化, 当管壁表面不存在缺陷时,
磁力线将封闭于金属管壁之内, 呈均匀分布, 磁通平 在缺陷区域三轴内检测器采集到的漏磁信号反
行于金属管壁表面 [ 5 ] ; 当管壁中存在缺陷时, 即出现 映了对应缺陷的三维漏磁场变化。原始漏磁信号蕴
了金属损失时, 金属管壁缺陷处的磁导率远小于金 含了缺陷尺寸等重要信息, 但是机器学习算法很难
属管壁的磁导率, 磁阻很大。这些原因导致磁通路 直接从原始漏磁信号提取出内部的隐含信息, 因此
变窄, 磁力线出现变形, 其中一部分磁力线能直接穿 设计了一种特征提取器, 可准确地提取漏磁信号特
过缺陷或在金属管壁内部绕过缺陷, 还有一部分的 征信息是缺陷尺寸量化必不可缺的步骤, 笔者设计
磁力线会离开金属管壁表面, 通过空气绕过缺陷再 的基于三轴磁场采样数据的特征提取方法, 可在充
重新进入到金属管壁中, 然后在金属管壁表面缺陷 分接收轴向、 径向和周向等 3 个方向上的特征信息
处形成漏磁场。内检测器的传感器能够检测到扩散 后, 建立三轴漏磁缺陷特征库, 为后续量化算法提供
数据基础与决策基础。
出的漏磁信号, 并能够将该漏磁信号转化为电信号,
利用采集到的信号, 就能定位管壁的缺陷 [ 6 ] 。 2.1 缺陷三轴漏磁信号
缺陷三轴漏磁信号如图 3 所示。由图 3 ( a ) 可
知, 缺陷轴向信号由两个较小负峰以及一个较大正
峰组成, 负峰在沿着内检测器运行方向上以正峰峰
值点为中心对称; 由图 3 ( b ) 可知, 缺陷径向信号由
一个负峰以及一个正峰组成, 两峰在正峰与负峰峰
值点中轴呈轴对称分布; 如图 3 ( c ) 可知, 缺陷周向
信号由两个负峰以及两个正峰组成, 以两正峰值点
图 1 漏磁检测原理示意 连线与两负峰值点连线交点为假设原点, 以内检测
金属损失产生的漏磁场是空间三维矢量场。受 器运行方向为 x 轴, 传感器排布方向为 y 轴, 两正
传感技术、 数字信号处理能力和存储介质容量的限 峰位于第一、 三象限, 两负峰位于第二、 四象限。
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2021 年 第 43 卷 第 3 期
无损检测
