- 頭條南科大等單位學者提出漏磁檢測缺陷信號小波分解及提取的新方法2022-10-31 作者：楊杰、李紅梅 等 | 來源：《電氣技術》 | 點擊率：導語南方科技大學、四川大學、山東科技大學的研究人員楊杰、李紅梅、趙春田、楊洪禮，在2022年第6期《電氣技術》上撰文，提出一種基于相似波形的漏磁檢測缺陷信號小波分解及提取方法。該方法可用于對復雜缺陷漏磁檢測信號的準確和快速提取、分離和集成，為后續缺陷的三維反演成像奠定基礎。
近年來，管道運輸以其安全、便捷、高效等優點在石油、天然氣等能源運輸行業被廣泛應用。截止到2020年底，我國油氣長輸管道里程累計達到16.9萬km。相關數據表明，我國超過半數的管道已經進入服役的中后期。為避免發生管道泄漏事故和造成重大的生命財產損失，對管道進行有效的高精度完整性檢測是必要的。管道漏磁內檢測法具有操作簡便、可靠性好、檢測效果好等優勢，被廣泛用于對油氣管道中缺陷的檢測和量化。
漏磁檢測可實現對油氣管道內、外表面的金屬損傷、焊縫等缺陷的有效無損檢測，其原理示意圖如圖1所示。在利用磁體對管壁進行飽和磁化的狀態下，如圖1（a）所示，當管壁中不存在缺陷時，磁通回路沒有擾動，空氣中的磁敏傳感器拾取到的漏磁場不會發生畸變；如圖1（b）所示，當管壁中存在缺陷時，管體中的磁力線在缺陷界面處發生折射，導致管體外空氣中漏磁場信號的畸變。
通過分析檢測漏磁場信號是否有畸變，可實現對管體缺陷的識別；通過分析畸變漏磁場信號的形態、幅值等特征可實現對缺陷的粗略量化。在實際管道檢測工程中，經常將沿管道長度方向（軸向）設定為X軸，管道周向方向設定成Y軸，管道徑向方向設置成Z軸（見圖1）。磁敏傳感器拾取的漏磁信號幅值為電壓值V，單位為mV。
圖1 漏磁檢測原理示意圖
近年來，隨著我國裝備制造能力的大幅提升，國產漏磁檢測機器人的硬件裝備水平與國外的差距在快速縮小，但在缺陷的量化評定精度、速度和可靠性等方面，與國外相比仍存在很多不足。僅就缺陷的量化評定能力而言，目前國內外的漏磁檢測技術仍處于對缺陷的定位查找及對其尺寸的粗略量化階段，對管道中缺陷形狀的三維量化反演成像能力仍然不足。
南方科技大學、四川大學、山東科技大學的研究人員在利用實際檢測信號反演缺陷處磁荷分布規律的基礎上，提出缺陷深度場概念，并建立缺陷三維輪廓反演的方法及算法，可實現對任意復雜缺陷的三維輪廓的反演成像。以上理論創新技術已實現轉化，具有廣闊的工業應用前景。
進一步地，為提升對缺陷的量化評定能力和處理速度，從漏磁檢測信號中自動識別、分離和提取缺陷的漏磁信號是很重要的前置工作。由于實際工程缺陷形狀不規則，多個坑點信號常近距離分布、或一個區域包含多個坑點缺陷，致使其漏磁檢測信號彼此關聯、相互影響，降低了后期缺陷識別及成像量化精度。因此，為提升漏磁檢測對復雜缺陷的識別和量化成像精度，需要對上述近距離分布的多缺陷進行分解剝離和單獨提取。
目前應用較廣泛的缺陷識別提取方法主要有幅值差分閾值法，但其對近距離分布復雜缺陷的識別提取精度不高、信號提取自動化程度低、對數據樣本和人工經驗的依賴性較高。即便是同一組數據，如果由不同的人員處理，其對缺陷信號的識別提取結果可能不同。因缺陷數據分析依賴人工、費時費力，導致數據分析結果常在檢測完成后2～4月才能給出，嚴重降低了檢測結果的時效性。
漏磁檢測缺陷信號的提取，尤其是對相互關聯的、跨越多通道的復雜缺陷信號的提取，目前還沒有可適用的高效、成熟算法，不利于后續的缺陷三維反演成像及量化評定。
針對以上問題，研究人員給出一種基于相似波形的漏磁檢測缺陷信號小波分解及自動提取方法，從缺陷漏磁檢測信號的波形特征出發，匹配與其波形相似度高的小波基，用其對漏磁檢測信號進行多尺度分解，探究小波高頻系數與缺陷信號的對應規律，從而實現對缺陷信號的自動提取。該方法不僅能提高缺陷的提取精度和處理速度，也適用于對復雜缺陷信號的剝離和提取，為后續的缺陷三維反演及量化評定奠定了基礎。
圖2 漏磁檢測缺陷信號提取技術路線
研究人員強調指出該方法的創新點及優勢：
1）通過選取與缺陷信號波形相似度高的小波基函數對漏磁信號進行小波分解，建立了小波高頻系數與單個缺陷信號的映射關系，并基于此進行缺陷識別和提取，解決了漏磁檢測對密集型復雜缺陷的單獨提取難題。
2）開發了漏磁檢測缺陷提取算法，編寫了相應的計算程序，從實際工程管道的漏磁檢測數據里，提取出了96%以上的二維缺陷信號，實現了缺陷提取過程的全程自動化。
相對于現有方法，該方法提高了對密集型復雜缺陷的分解和單獨識別能力，提升了缺陷提取的準確率和速度，為隨后的缺陷輪廓反演成像計算奠定了基礎，在實際管道漏磁檢測工程中有廣泛的應用前景。
本文編自2022年第6期《電氣技術》，論文標題為“基于相似波形的漏磁檢測缺陷信波分解及提取方法”，作者為楊杰、李紅梅 等。
