聯合eemd和近似熵的鋼管損傷監控方法
【專利摘要】本發明涉及一種聯合EEMD和近似熵的鋼管損傷監控系統，目的是能夠準確對鋼管管內、管外、管端進行全方位的檢控，準確判斷鋼管是否合格，同時顯示不合格鋼管缺損程度。該裝置包括檢測采集單元、信號處理單元、判斷單元、輸出顯示單元、報警單元，具體檢控步驟為：首先用帶有多傳感器的檢測采集單元對鋼管的管內、管外、管端全方位的檢測與損傷信號采集，然后信號處理單元根據檢測與采集結果對要求的損傷信號進行處理，并將處理后的信號發送給損傷判斷單元，損傷判斷單元將處理信號分析轉換成具體的損傷等級信號，最后輸出顯示單元與報警單元顯示輸出信號。本發明采用多傳感器融合檢測，制定了精確地檢測步驟，可以有效地對鋼管損傷進行監控。
【專利說明】聯合EEMD和近似熵的鋼管損傷監控方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鋼管質量檢測領域，特別涉及一種采用多傳感器融合的聯合EEMD和近似熵的鋼管制造過程損傷監控方法。
【背景技術】
[0002]在冶金行業中，鋼管制造過程的質量檢控即鋼管的無損檢測一直是研究的熱點。隨著研究的不斷深入，用于鋼管無損檢測的技術也在不斷增多，比如有超聲波探測、高速檢測技術、光學檢測法、磁致伸縮效應檢測等。無損檢測是指在不破壞被檢測物的結構情況下(如不會使被檢物受傷、分離或者損壞)，應用一定的檢測方法對其機械性能、內部結構、工作狀態等進行檢測，并依據檢測結果和有關準則對其狀態做出評估。
[0003]與工藝檢測相比，無損探測技術的最大優勢在于能夠檢測整個管體。許多較為復雜的工藝檢測方法已為無損檢測技術所取代。例如泄漏檢查，目前多采用渦流和漏磁技術，而較少采用水壓試驗無損檢測技術的應用，使產品質量顯著提高，尤其是在檢測專用的某些隱蔽缺陷方面更顯威力無損檢測方法適用于各種工件的缺陷探傷和尺寸測量。一般首選無觸點測量技術，因其可在高溫下使用。無損檢測的傳感器有很多種，例如超聲波傳感器、電渦流傳感器、霍耳傳感器、縱向導波磁致伸縮傳感器等。
[0004]針對鋼管的無損檢測研究，前人已經做了很多有益的探索。例如，現有的技術中有一種渦流探傷技術，該技術成功地使用渦流傳感器來對鋼管缺陷進行檢測，但是該檢測設備只能對鋼管外表面的不連續缺陷比較敏感，對內表面的不連續缺陷并不敏感，特別是壁厚4。Omm以上的鋼管內表面缺陷更加難以識別；另外還有一種折射橫波探傷法，該方法通過將入射超聲波與鋼管表面成一定的角度入射以達到全反射縱波、折射橫波進入鋼管實施檢測的目的，如果鋼管的壁厚增加，并且達到并超過壁厚/外徑比大于O。23的時候，這個最可能靠近管中心的折射橫波也無法作用到內壁上了，因此這時候采用折射橫波法已經無法對鋼管進行內部的徹底檢測了 ；還有一種光學檢測法，該方法不僅檢測速度快而且能在高溫下檢測，但是其只能用于鋼管表面或者管端的缺損檢測，相對比較局限。
[0005]綜合分析傳統的鋼管無損檢測技術，得到其存在以下諸多不足:
[0006]I。管壁超厚導致常規超聲波探傷方法不再適用；
[0007]2。光學檢測、磁粉檢測和渦流檢測無法對鋼管內部進行有效探測；
[0008]3。射線方法設備復雜并安全要求嚴格，也難達到目前出現問題所要求的靈敏度；
[0009]4。采用超聲波方法難以實現在線自動探傷；
[0010]5。鋼管兩端的缺陷檢測容易被忽略掉；
[0011]6。傳統無損檢測技術即使檢測出鋼管的缺陷也無法準確給出鋼管的質量等級，以及根據鋼管的缺損等級給出相應的報警。
【發明內容】
[0012]針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明提供了一種可以克服上述缺陷的一種聯合EEMD和近似熵的鋼管制造過程損傷監控方法。
[0013]本發明的目的是能夠準確對鋼管管內、管外、管端進行全方位的檢控，準確判斷鋼管是否合格，同時顯示不合格鋼管缺損程度即鋼管質量等級。本發明主要由檢測采集單元、信號處理單元、判斷單元、輸出顯示單元以及報警單元五個部分組成。下面對這五個單元分別做介紹:
[0014]檢測采集單元。該單元包括縱向導波磁致伸縮傳感器部分、電磁超聲波探測部分、光學探測部分。這三部分分別負責對鋼管的管內、管外、管端進行全方位的檢控和采集損傷數據，并負責將損傷數據發送給系統的下一單元。
[0015]進一步地，所述的縱向導波磁致伸縮傳感器的主要工作原理及組成為:鐵磁體在外磁場中被磁化時，在鐵磁體內將激發彈性導波，導波在傳播過程中，鐵磁體內各部分均發生變化，其磁導率也將發生變化，它反過來使波的傳播特性也發生變化，進而導致鐵磁體內磁感應強度發生變化，所變化的磁感應強度必定引起接收線圈中的電壓變化，通過測量電壓信號-導波的反射情況，即可檢測出鐵磁體構件中是否存在腐蝕、裂紋、破損等缺陷。導波的激勵、導波信號檢測以及鐵磁體的磁化通過磁致伸縮傳感器實現。為實現各部分的功能，該傳感器由激勵傳感器、偏置磁場、接收傳感器三部分組成。
[0016]導波在管道軸向傳播時具有縱向(Longitudinal)模態L(0,m)、扭轉(Torisonal)模態T(0，m)和彎曲(flexural)模態F(n，m)。各種類型模態導波的激勵的方法不同從而造成磁致伸縮傳感器的類型不同，本發明中以縱向導波傳感器為對象。偏置磁場是在磁化線圈中產生的， 它有兩個作用:第一，增強傳感器的效率，即電能轉換為機械能以及機械能轉換為電能的效率；第二，使電信號的頻率與機械波的頻率保持一致。當偏置磁場與激勵線圈產生的磁場方向平行時，在管道中產生的導波為縱向導波。
[0017]電磁場的作用下，鐵磁體材料中彈性波運動方程的一般表達式為:
[0018]
【權利要求】
1.一種采用多傳感器融合的聯合EEMD和近似熵的鋼管制造過程損傷監控方法，其特征在于，包括以下步驟: s1:利用檢測采集單元采集鋼管管內、管外、管端的全部缺損信息； s2:信號處理單元中的第一處理部分利用EEMD、度量因子以及包絡分析定性地判斷當前鋼管是否有缺損； S3:信號處理單元中的第二處理部分運用近似熵算法定量地準確顯示當前鋼管的損傷程度即質量等級； s4:判斷單元將近似熵值和視頻缺損信號與設定的缺損等級進行對比判斷； s5:輸出顯示單元對判斷單元給出的結果進行顯示輸出；報警單元的根據判斷單元給出的結果對質量等級不合格的鋼管進行報警提示。
2.根據權利要求1所述的聯合EEMD和近似熵的鋼管制造過程損傷監控方法，其特征在于:所述步驟SI中的檢測采集單元是指利用縱向導波磁致伸縮傳感器、電磁超聲波、一維攝影機分別對鋼管的 管內、管外、管端進行全方位的監控并采集損傷數據。
3.根據權利要求1所述的聯合EEMD和近似熵的鋼管制造過程損傷監控方法，其特征在于:所述步驟S2中的EEMD、度量因子以及包絡分析算法是通過以下步驟來實現的: s21:對鋼管缺損信號進行EEMD分解得到m組IMFs ； s22:計算每個IMF的度量因子Ri ； s23:篩選出度量因子Ri最小或次小的MF進行信號重構； s24:對重構信號作包絡分析； s25:最后根據包絡譜中缺損信號的幅值特征判斷缺損情況。
4.根據權利要求1所述的聯合EEMD和近似熵的鋼管制造過程損傷監控方法，其特征在于:所述步驟S3中的近似熵算法是通過以下步驟來實現的: s31:將采集到的鋼管缺損信號序列{u(i)}按順序組成m維矢量X(i):
X (i) = [u (i)，u (i+1)，…，u (i+m-1) ]，i = 1，2，…，N-m+1 ； s32:對每一個i值計算矢量X(i)與其余矢量X(j)之間的距離為:
5.根據權利要求1所述的聯合EEMD和近似熵的鋼管制造過程損傷監控方法，其特征在于:所述步驟S4中判斷單元是通過以下步驟來實現的:541:判斷單元預設鋼管缺損等級即質量等級的判定標準； 542:將上單元得到的近似熵和視頻缺損信號與設定的缺損等級進行判斷； 543:給出當前鋼管的缺損等級。
6.根據權利要求1所述的聯合EEMD和近似熵的鋼管制造過程損傷監控方法，其特征在于:所述步驟S41中判斷單元預設鋼管缺損等級是根據鋼管的具體規格、應用途徑、要求指標等因素以及經驗數據進行設定，或者通過人為對無缺損的鋼管進行不同程度的破壞，t匕如人為地對合格的鋼管制作1mm、2mm、3mm等不同規格的裂紋以及直徑為5mm、10mm、20mm等不同規格的小孔，然后通過該系統對鋼管缺損狀況進行完整的檢測，并對結果進行分析、記錄、備份，然后將這些 結果整理成數據庫并形成具體的等級標準，比如輕度缺損，中度缺損，重度缺損等。
【文檔編號】G01N21/88GK103954628SQ201410172628
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月28日 優先權日:2014年4月28日
【發明者】毛永芳, 毛明軒, 柴毅, 王燦, 夏立瓊, 呂建中, 張佳敏, 李培遠, 華朋, 袁雙 申請人:重慶大學
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