Page 97 - 无损检测2021年第四期

王安泉, 等:

基于曲面拟合的脉冲涡流测厚方法

3.1 带包覆层管道三维曲面壁厚反演模型的建立
在不同提离高度下, 采用上述脉冲涡流检测系统
对 Q235钢管道进行壁厚测量。测量时, 激励信号电

压为20V , 频率为1.25Hz , 脉冲宽度为400ms , 占空
比为 50% , 取脉冲方波的下降沿为感应电压信号的
采集起始点。另外, 由于目前采用的晚期信号斜率特
征量只存在于检测信号的晚期, 故对检测电压信号前
端进行了削峰处理, 同时将后期信号放大20倍。
图 11 晚期信号斜率 - 提离高度 - 壁厚的三维拟合图

在传感器提离分别为 0 , 10 , 20 , 30 , 40 , 50mm 的

y
z= f x , = 16.85-0.0566x +1.941 y+

情况下, 对管道厚度分别为 12 , 10.5 , 9 , 7.5 , 6 , 4.5mm
2 2
的区域进行测量, 并提取各试件厚度的感应电压信 0.00008622x -0.001412 y+0.3874 y -

2
3
0.0000005113 x +0.000009049x y-
号的晚期斜率。将晚期信号斜率作为 x 轴, 提离高

0.00003442x y 2 ( 6 )
度作为 y 轴, 管道壁厚作为 z 轴, 建立空间直角坐
3.2 带包覆层管道三维曲面壁厚反演模型试验验证
标系, 将测得的数据点依次放入坐标系中, 如图 10
建立三维曲面壁厚反演模型后, 为了验证此模
所示。图 10 反映了如下规律: 当提离高度不变时,
型的准确性以及反演误差, 选取未加入到建模数据
随着管道壁厚的增加, 信号衰减速度变慢, 晚期信号
集中的数据作为验证数据, 即在传感器提离分别为
斜率变小; 当管道壁厚不变时, 随着提离高 度的增

加, 信号衰减速度变快, 晚期信号斜率变大。晚期信 15 , 25 , 45mm 的情况下, 对管道厚度分别为12 , 10.5 ,

9 , 7.5 , 6 , 4.5mm 的区域进行测量, 并分别求取各信
号斜率的物理含义是信号在试件中衰减的快慢, 涡
号的晚期斜率。然后, 将求解的晚期信号斜率与提
流信号在厚试件中的衰减速度要慢于在薄试件中的
离高度输入到反演模型中, 即可得到壁厚反演测量
衰减速度, 同时, 由于随着提离高度的增加, 信号在
值, 再将其与真实值进行比较并计算反演误差, 得到
试件中的衰减速度会变快, 所以在不同提离高度下,
的晚期信号斜率与壁厚的关系如表 4 所示。
不同试件厚度的晚期信号斜率会呈现如图 10 所示
表 4 不同提离高度下, 晚期信号斜率与壁厚的

的规律。 利 用 MATLAB 软 件 中 的 CurveFittin g
关系( 验证试验)
Tool工具箱进行三维曲面拟合。拟合效果通常根
据方程确定系数( R-S q uare ) 来确定, 该值在 0~1 之 提离高度 / 试件壁厚 / 信号斜率 / 反演厚度 / 反演误差 /
-1
cm mm ( V · s ) mm %
间, 越接近 1 说明拟合精度越高。当采用多项式拟
1.5 12.0 -211 11.5 -4.2
合( Pol y nomial ) 时, 方程确定系数( R-S q uare ) 最大,
1.5 10.5 -247 10.4 1.1
此时值为 0.9847 , 因此选用多项式拟合的方法来建

1.5 9.0 -314 9.0 0
立反演模型, 拟合图如图 11 所示。
1.5 7.5 -397 7.6 1.6
1.5 6.0 -502 6.3 6.2
1.5 4.5 -674 4.7 3.7
2.5 12.0 -302 12.0 0
2.5 10.5 -398 10.1 -3.8
2.5 9.0 -475 9.1 1.1
2.5 7.5 -616 7.4 -1.6
2.5 6.0 -710 6.2 3.3
2.5 4.5 -806 4.6 2.2
4.5 12.0 -622 12.6 4.7
图 10 晚期信号斜率 - 提离高度 - 壁厚的关系
4.5 10.5 -704 11.1 5.8
拟合得到的壁厚反演关系模型如式( 6 ) 所示, 4.5 9.0 -819 8.6 -4.0
将测量得到的任一晚期信号斜率 x 和提离高度 y 4.5 7.5 -858 7.6 1.5
代入该反 演 关 系 模 型, 都 能 计 算 出 唯 一 确 定 的 壁 4.5 6.0 -899 6.4 6.5
4.5 4.5 -956 4.4 -1.6
厚z 。
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2021 年 第 43 卷 第 4 期
无损检测