Page 49 - 无损检测2022年第七期

何腾蛟,等:
埋地天然气管道安全状态检测评价技术分析

导率; 为真空磁导率。 分析数据, 并进行存储。
μ 0
以及 · B = 0 ( 4 ) 磁传感器为自主研制的 AMR ( 各向异性磁阻
的方程 效应) 磁阻传感器( 见图 3 ), 磁阻传感器的电路设计
可以导出有关V m
-
·( V m +M ) 0 ( 5 ) 原理为: 对 4 个相同的磁敏电阻器供以电源电压V b
=
μ r μ 0
在分析模型中, 使用式( 6 )( 约化磁势公式) 将总 后, 其产生流经电阻器 R 的电流及垂直方向的磁场
, 以 H 使对立的 2 个电阻器阻值升高, 使另外的 2 个电
磁势V tot 拆分为外部磁势 V ext 和约化磁势 V red
减小求解方程的计算量。 阻器的阻值降低; 在线性范围内, 输出电压 ΔV out 和
( 6 ) 被测磁场强度 H 成正比; 通过运算放大器将输出电
V tot= V ext+V red
, 因此, 式( 5 ) 压 ΔV out 放大, 用滤波器滤除掉信号中的高频噪声,
外部磁势定义为地磁场强度 H ext
变换为 ADC ( 模数转换器) 将输入的电压信号转换为一个
输出的数字信号, 最后 SPI ( 串行外设接口) 桥接芯
=
-
·( V red +H ext+M ) 0 ( 7 )
片将数字信号传输至 PC 端。
与某一空间场边界相切, 可
假定磁场扰动 H red
以通过施 加 纽 曼 条 件 [ 式 ( 8 )] 使 约 化 磁 势 与 边 界
相切。
)
μ
n· B red = n· · ( V red = 0 ( 8 )
为埋地
式中: n 为空气域边界的法向单位向量; B red
管道引起的磁感应强度。
针对埋地管道非接触磁应力检测问题, 使用式
( 7 ) 和( 8 ) 进行建模, 即可求解埋地管道在不同应力 图 3 自主研制的 AMR 磁阻传感器
水平下的磁异常变化情况。
磁 阻 传 感 器 的 主 要 性 能 指 标 如 表 1 所 示
1.2 检测设备
Oe 。
-1 4π
采用自主研制的非接触式管道磁力检 测系统 = 1000
1A · m

PMSI-Sentinel1.0 ( 见图 2 ) 对埋地铁磁管道进行检 表 1 磁阻传感器的主要性能指标
测。该系统主要包括 3 个主要部分: 第一部分为非 性能指标 参数
接触式扫描磁力计, 磁传感器设置在磁力计的两端, 检测灵敏度 / nT 1
用于采集管道上方的自漏磁场数据, 两传感器之间 检测量程 /( Oe ) ±6

距离为 0.5m ; 第二部分为数据传输专用线缆( 6 通 操作温度 / ℃ -30~70
道), 用于将采集的磁场数据传输至 PC ( 计算机) 端; 采样频率 / Hz 50
开机后稳定时间 / min 1
第三部分为 PC 端数据采集软件, 用于实时显示与
1.3 检测方法
检测人员手持非接触扫描磁力计在管道正上方
匀速移动, 磁力计自动采集管道的磁场数据, 并实时
传输至上位机的数据采集软件进行显示。

数据采集软件显示的结果主要包括: ① 磁感应强
度三分量沿垂直于管道轴向的梯度 d B x d B y d B z , 其
,
,
dz dz dz
中, x 方向代表管道轴向, 方向代表垂直方向, z
y

[ 可由式
方向垂直于管道轴向; ② 磁场梯度模量 G M
越大表示损伤程度越高。
( 9 ) 计算], G M >0 , 且 G M
2 2 2
d B x dB y dB z
G M = dz + dz + dz ( 9 )
根据磁异常综合指数 F 确定管道的磁异常等
图 2 自主研制的非接触式管道磁力检测系统
级。 F 由式( 10 ) 计算得出。
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2022 年 第 44 卷 第 7 期
无损检测