薄化检测系统和薄化检测方法与流程

本发明涉及一种用于检测可归因于腐蚀等的金属装置的薄化的系统和方法。

背景技术：

在诸如石油工厂和石油化工厂等工厂中，如果诸如金属管道、反应设备、蒸馏塔等装置发生腐蚀，特别是局部腐蚀，则该腐蚀会导致装置薄化，造成泄漏和生产效率的降低。为此，在整个工厂中延伸的诸如金属管道和大型反应设备等装置发生局部腐蚀等导致薄化的情况下，需要及早对薄化进行检测。

然而，在管道内部、金属板的后表面等处发生薄化的情况下，难以通过目视发现薄化。为此，已经开发了用于对在不可直接观察到的部位处的薄化的发生进行检测的技术。

例如，日本专利申请公开no.2015-137930公开了一种用于通过向检查对象金属施加参考电流并通过磁传感器检测由该参考电流引起的磁通密度来进行薄化检查的技术。该技术基于这样的一个原理：在发生薄化的部位处，由于电阻增大，电流密度分布发生变化，因此由磁传感器检测到的磁场分布(磁通密度分布)也发生变化。

可以基于在检查期间检测到的磁场分布与通过将参考电流施加到未薄化的金属而获得的参考磁场分布之间的差异来获得磁场分布的变化。

由于磁传感器可以在不接触检查对象金属的情况下测量磁通密度，所以根据上述技术，可以防止检查对象金属与不同金属件相接触而受到不利影响。此外，即使在检查对象金属被诸如绝热材料或涂层的保护材料覆盖的情况下，也可以在不去除保护材料的情况下进行薄化检查。

专利文献1：日本专利申请公开no.2015-137930

根据用于基于例如某一部位处的磁场分布的变化来检测薄化的技术，如果磁场分布已经改变，则可以估计薄化已经发生。然而，不可能根据磁场分布的变化立即获得薄化的形状和深度。

为了根据磁场分布的变化来获得薄化的形状和深度，例如可以考虑使用模式匹配技术。由于通过仿真已经发现，即使各部位在薄化深度上相同，但是如果它们在薄化形状上不同，则它们在磁场分布的变化方面也是显著不同的，在预先对具有不同形状的多个薄化模式中的每一个执行模式匹配方案的情况下，通过实验、仿真等计算不同深度处的磁场分布的改变。此后，如果对磁场分布的变化进行了测量，则通过搜索与同所测量的变化最相似的磁场分布的变化相关联的薄化模式来估计薄化的形状和深度。

模式匹配方案具有以下特征：对于与所准备的薄化模式中的任一个相匹配的薄化，可以期望高估计准确度；而对于与所准备的薄化模式中的任何一个都不匹配的薄化，估计准确度显著降低。

实际发生在金属装置中的薄化的形状是多种多样的，因此，针对每个薄化模式来准备磁场分布的变化是不现实的。为此，期望开发一种应对各种薄化形状的薄化估计技术。

技术实现要素：

本发明的示例性实施例提供了一种用于执行应对各种薄化形状的薄化估计的薄化检测系统和方法。

一种根据示例性实施例的薄化检测系统，包括：

电流施加设备，其配置为向安装在作为监测对象的金属装置上的电极施加交流(ac)电流；

磁场测量设备，其包括被配置为测量金属装置的表面侧的磁场分布的磁传感器阵列；以及

测量管理设备，其配置为基于磁场分布差来估计金属装置的薄化分布，所述磁场分布差是在金属装置中还没有发生薄化的情况下获得的参考磁场分布与作为实际测量结果的测量磁场分布之间的差，

其中，测量管理设备根据磁场分布差计算金属装置的虚拟电流分布，并且基于由虚拟电流分布表示的虚拟涡电流来估计金属装置的薄化分布。

所述测量管理设备可以配置为：

基于所述虚拟涡电流的螺旋形状来估计薄化形状；并且

基于所述虚拟涡电流的密度来估计薄化深度。

所述测量管理设备可以配置为：

通过定向正方形栅格来对金属装置的电流路径进行近似；

并且

通过求解二次规划问题来计算所述虚拟电流分布，所述二次规划问题用于在作为定向正方形栅格的每个节点的电流守恒定律的约束条件下使得所述磁场分布差与由所述虚拟电流分布引起的每个磁传感器上的磁通密度分布之间的距离最小化。

所述测量管理设备配置为基于所述磁传感器和所述金属装置的位置来校正测量磁场分布。

针对某个磁传感器，基于通过向所述金属装置施加的具有不同频率的交流电流而获得的磁通密度，所述测量管理设备配置为计算相应的磁传感器和所述金属装置的位置。

所述测量管理设备可以配置为：基于由某个磁传感器测量的磁通密度、以及布置在金属设备与相应磁传感器的延长线上的辅助磁传感器测量的磁通密度，来计算相应的磁传感器和金属装置的位置。

一种根据示例性实施例的薄化检测方法，包括步骤：

对安装在作为监测对象的金属装置上的电极施加交流电流；

通过磁传感器阵列测量金属装置的表面侧的磁场分布；以及

基于磁场分布差来估计金属装置的薄化分布，所述磁场分布差是在金属装置中还没有发生薄化的情况下获得的参考磁场分布与作为实际测量结果的测量磁场分布之间的差，

其中，薄化估计步骤根据磁场分布差计算金属装置的虚拟电流分布，并且基于由虚拟电流分布表示的虚拟涡电流来估计金属装置的薄化分布。

根据本发明，可以提供一种用于执行应对各种薄化形状的薄化估计的薄化检测系统和方法。

附图说明

图1是示出根据实施例的薄化检测系统的配置的框图。

图2是用于说明监测对象管道上的电流施加设备和磁场测量设备的功能的示图。

图3是示出电流施加设备的配置示例的框图。

图4是示出磁场测量设备的配置示例的框图。

图5是示出测量管理设备的配置示例的框图。

图6a至图6c是用于说明虚拟涡电流的示图。

图7是示出在测量管理设备中形成的用于薄化分布估计功能的块的示图。

图8是用于说明定向正方形栅格的示图。

图9是用于说明在实际使用薄化检测系统前的准备阶段的流程图。

图10是用于说明使用薄化检测系统时薄化检测系统的操作概要的流程图。

图11是用于说明电流施加设备的操作的流程图。

图12是用于说明磁场测量设备的操作的流程图。

图13是用于说明噪声去除的示例的流程图。

图14是用于说明测量管理设备的操作的流程图。

图15是用于说明薄化分布计算处理的流程图。

图16是示出三维映射的示例的示图。

图17a和图17b是用于说明测量监测对象管道与磁性传感器之间的距离的方法的示图。

图18是用于说明测量监测对象管道与磁传感器之间的距离的方法的示图。

具体实施方式

将参考附图描述本发明的实施例。图1是示出根据本实施例的薄化检测系统10的配置的框图。薄化检测系统10是用于对放置在工厂100中的金属管道(称为监测对象管道110)进行薄化检测的系统。在本实施例中，将金属管道描述为薄化检测对象的示例；然而，薄化检测系统10不限于金属管道，并且可以对诸如蒸馏塔或反应设备的金属装置上进行薄化检测。

如图1所示，薄化检测系统10包括布置在工厂100的监测对象管道110附近的电流施加设备120和磁场测量设备130以及连接到控制网络200的测量管理设备210。

电流施加设备120和磁场测量设备130具有无线通信功能。此外，测量管理设备210通过控制网络200连接到无线传感器网络网关220。以这种方式，测量管理设备210、电流施加设备120和磁场测量设备130配置为通过无线传感器网络280彼此进行无线通信。然而，这些设备可以彼此进行有线通信。

无线传感器网络280可以使用诸如isa100.11a或wirelesshart的工业无线传感器网络或诸如ieee802.11或ieee802.15.4的通用无线网络。

如图2所示，在本实施例的薄化检测系统10中，电流施加设备120通过设置在监测对象管道110的金属表面上的一对电极111来将交流(ac)电流施加到监测对象管道110的金属表面。磁场测量设备130布置在监测对象管道110的附近，并且测量磁场分布。

施加到监测对象管道110的电流根据金属表面的电阻分布以某一电流密度流动，从而产生磁场。此时，如果通过腐蚀等使监测对象管道110的一部分薄化，则由于相应部分的电阻发生变化，电流密度分布发生变化，并且磁场分布也发生变化。下面将描述根据磁场分布的变化来估计薄化分布(即，薄化的位置、形状和深度)的方法。

图3是示出电流施加设备120的配置示例的框图。如图3所示，电流施加设备120包括计算单元121、信号生成单元122、电流控制单元123、存储单元124、磁场测量设备同步单元125和无线通信单元126。

计算单元121基于从测量管理设备210发送的设置信息来执行诸如设置待施加的电流的电流值、频率等的处理的各种处理。信号生成单元122根据计算单元121的设置来生成待施加的电流波形。电流控制单元123基于由信号生成单元122生成的电流波形来控制施加电流。将诸如所设置的电流值的设置信息存储在存储单元124中。磁场测量设备同步单元125执行与磁场测量设备130进行同步的处理。无线通信单元126执行与无线传感器网络280建立连接的处理。

通常，磁场测量受到诸如地球磁力的环境磁场的影响。为此，优选地，电流施加设备120所施加的电流具有例如不同于诸如50hz或60hz的商用频率的整数倍的频率或者信号选择性良好的频率(例如，素数频率)。

图4是示出磁场测量设备130的配置示例的框图。如图4所示，磁场测量设备130包括磁传感器阵列131a、计算单元132、传感器切换单元133、信号转换单元134、存储单元135、电流施加设备同步单元136以及无线通信单元137。

磁传感器阵列131a是用于检测磁通密度的磁传感器131的阵列，并且如图4所示的那样附接到监视测对象管道110。通过磁传感器阵列，可以获得监测对象管线道110的表面的磁场分布(磁通密度分布)。磁传感器131是小尺寸低功耗的传感器，因此可以大面积地密集安装。因此，可以以高表面分辨率来测量磁场分布。

磁传感器阵列131a可以一直附接到监测对象管道110。在这种情况下，无论何时进行测量，都可以节省将磁传感器附接至监测对象管道110上的劳动，并且可以连续进行测量。

传感器切换单元133针对构成磁传感器阵列131a的磁传感器131，执行将磁传感器131作为测量值获取对象的切换。换句话说，在本实施例中，从磁传感器顺序地获取测量值。作为测量值获取方法，存在如本实施例中那样从磁传感器131顺序地获取测量值的方法、和同时获取测量值的方法，并且由于腐蚀引起的厚度变化通常缓慢，并且可以降低电路部件的成本，所以在本实施例中，描述了顺序获取测量值的方法。

信号转换单元134将测量值转换为数字信号。存储单元135用于存储被转换为数字信号的测量值、用于测量的设置信息等。计算单元132执行从测量值中去除噪声并将测量值转换为有效值、对设置信息进行处理等的处理。下面将描述去除噪声的具体方法。电流施加设备同步单元136执行与电流施加设备120进行同步的处理。无线通信单元137执行与无线传感器网络280建立连接的处理。

根据该配置，如果电流施加设备120施加ac电流，由此产生ac磁场，则磁场测量设备130通过磁传感器阵列131a测量ac磁场。此后，磁场测量设备对测量结果执行噪声去除处理(下面将要描述)，然后执行将测量结果转换为有效值的处理。磁场测量设备130通过无线传感器网络280向测量管理设备210发送测量结果(例如，与阵列中的磁传感器131相对应的有效值的数组)。

在本实施例中，电流施加设备120和磁场测量设备130被配置为独立分开的设备。其第一个原因是确保它们在石油工业、石化工业等的防爆区域中运行。与磁场测量设备130相比，电流施加设备120需要处理更大量的电力，这些设备的分离可以使得对其电路配置和在故障期间应考虑的限制电路进行简化成为可能。

第二个原因是它们的覆盖范围不同。电流施加设备120基本上可以覆盖电极111之间的区域，并且可以容易地覆盖相对较大的区域。

同时，由于磁场测量设备130测量由磁传感器131的阵列覆盖的范围的磁场，因此为了扩大其测量区域，需要增加磁传感器阵列131a中的磁传感器的数量。因此，区域扩张并不容易。

为此，如果分开地对一个电流施加设备120和多个磁场测量设备130进行配置和操作，则可以在无需扩大电流施加设备120的情况下容易地扩大测量区域。毋庸置疑，为了节约建房成本和空间，可以一体地配置电流施加设备120和磁场测量设备130。

为了测量磁场，电流施加设备120和磁场测量设备130需要彼此同步操作，以便在磁场测量的时刻施加电流。由于它们的电子电路是分开的，所以可以考虑将以下方法作为同步方法：通过使用诸如红外光的光进行通信来施加触发的方法；或者使用无线传感器网络280的同步方法。为了执行这种处理，电流施加设备120中包括磁场测量设备同步单元125，并且磁场测量设备130中包括电流施加设备同步单元136。

具体地，可以考虑这样一种方法，其分别将这些设备定义为主设备和子设备，并为主设备(例如，磁场测量设备130)设置开始时机和运行时间，并且参考主设备执行同步。此外，在通过无线传感器网络280进行测量管理设备210的同步之后，为了更有效地消耗电力，电流施加设备120和磁场测量设备130可以通过同步单元进行局部同步。在本实施例中，测量管理设备210将开始时机和运行时间作为设置信息发送给电流施加装置120和磁场测量设备130两者。为此，磁场测量设备同步单元125和电流施加设备同步单元136可以省略。

图5是示出测量管理设备210的配置示例的框图。如图5所示，测量管理设备210包括计算单元211、通信单元212、存储单元213和输入/输出单元214。

通信单元212通过控制网络200执行通信处理。存储单元213用于存储以下内容：安装在工厂100中的磁场测量设备130和监测对象管道110的相对位置、薄化检测系统10的各种设置、通过无线传感器网络从磁场测量设备130接收的有效值的数组、计算单元211的计算结果等。

计算单元211执行以下处理：基于从磁场测量设备130接收到的有效值数组来估计在监测对象管到110中发生的薄化的分布(即，薄化的位置、形状和深度)的处理；使薄化分布可视化的处理；基于薄化状态设置电流施加设备120和磁场测量设备130的下一个测量时机的测量设置处理。输入/输出单元214接收用户的操作，并且执行输出通过使作为计算单元211的处理结果的薄化分布可视化而获得的信息的处理。可以通过三维映射、颜色映射等来执行薄化分布的可视化。此外，在本实施例中，测量管理设备210和用于接收用户操作的输入/输出单元214一体配置；然而，可以准备单独的输入/输出单元，并且可以使其例如通过控制网络200连接到测量管理设备。

在执行三维映射作为薄化分布的可视化的情况下，例如，将所计算的薄化的形状和尺寸与监测对象管道110的形状进行映射。在测量设置处理中，根据薄化的形状和尺寸，计算厚度方向上的深度和截面损耗率。另外，将它们与前一次计算的薄化深度和截面损耗率进行比较，由此计算每单位时间的变化率。此外，将它们与最小允许厚度和最大允许剪切应力进行比较，由此计算时间余量，并且根据这些余量中较小的一个，设置电流施加设备120和磁场测量设备130的下一个测量时机。

现在，将描述这样一种原理，本实施例的薄化检测系统10通过该原理基于磁场分布的变化来估计薄化分布(即，薄化的位置、形状和深度)。薄化检测系统10使用由本申请的发明人与本发明联合新开发的虚拟涡电流方法来执行薄化分布估计。

此处，虚拟涡电流是与薄化的位置、形状和深度相对应的涡流状的虚拟电流，并且是通过从薄化发生时获得的电流分布中减去薄化发生之前获得的电流分布而获得的。本发明的依据在于，虚拟涡电流与厚度高度地相关。

例如，在监测对象管道110的电极111之间流过恒定电流的情况下，考虑图6a所示的在不存在薄化的状态下获得的监测对象管道110的电流分布与图6b所示的在存在薄化的状态下获得的监测对象管道110的电流分布之间的差。由于从电极111施加的电流量是恒定的，所以，作为所述差而获得的的虚拟电流成为如图6c所示的、不会通过电极111流入和流出的涡流状电流。

根据数值仿真的结果发现，这种虚拟电流与薄化高度地相关。具体地，发现一部分虚拟涡电流的电流密度表示相应部分的薄化量，虚拟涡电流的螺旋方向表示薄化的形状。换句话说，可以通过获得虚拟涡电流来估计薄化的位置、形状和深度。

因此，在本实施例中，通过仿真等预先获得未发生薄化的监测对象管道110的磁场分布，并且计算该磁场分布与在检查期间所获得的磁场分布之间的差。该磁场分布差可以被认为是由虚拟涡电流引起的磁场分布。因此，磁场分布差被转换为虚拟涡电流，并且根据所获得的虚拟电流来估计薄化分布。

为了执行这些处理，在测量管理设备210的计算单元211和存储单元213中形成如图7所示的功能块。换句话说，在存储单元213中形成了正方形栅格参数存储单元311、测量磁场存储单元312、参考磁场存储单元313、磁场电流转换矩阵存储单元314、电流限制矩阵存储单元315、正则化参数存储单元316和薄化比例系数存储单元317，并且在计算单元211中形成了差分计算单元321、二次规划问题求解单元322和薄化分布计算单元323。

正方形栅格参数存储单元311用于存储在二次规划问题求解单元322中使用的定向正方形栅格的尺寸。

现在，将描述定向正方形栅格。定向正方形栅格是用于对在监测对象管道110中虚拟流动的电流进行建模并如图8所示地由(m×n)个节点v和(2mn-m-n)个边缘e确定的图形。假设电流在被提供为栅格形状中的与x轴和y轴平行的路径的边缘e中流动。此外，在图8中，为了避免复杂性，在x轴方向上延伸的边缘e由标识符“e1”至“emn-m”表示，并且沿y轴方向延伸的边缘e由标识符“emn-m+1”到“e2mn-m-n”表示。此外，x轴方向上的相邻节点v之间的距离由wx表示，并且y轴方向上的相邻节点v之间的距离由wy表示。

随着定向正方形栅格的节点数(即，m×n)增加，电流路径分辨率提高，并且涡电流近似准确度提高；然而，计算量与节点数量的增加成比例地增加。在下文中，将由存储在正方形栅格参数存储单元311中的尺寸确定的定向正方形栅格称为图形g(v，e)。v是节点v的整个集合，e是边缘e的整个集合。

此外，将在边缘ej中流动的电流称为xi。因此，作为待求解的对象的监测对象管道110的虚拟电流分布可以由x＝(x1，x2，...，x2mn-m-n)表示。

测量磁场存储单元312用于存储在检查期间由磁场测量设备130测量的测量磁场分布(有效值的数组)。参考磁场存储单元313用于存储未发生薄化的监测对象管道110的磁场分布(参考磁场分布)。可以通过实际测量、仿真等来获得在未发生薄化的状态下的磁场分布。

磁场电流转换矩阵存储单元314用于存储用于根据磁场分布来估计电流分布的磁场电流转换矩阵。此处，磁场分布是由磁场测量设备130测量的磁场分布，电流分布是待求解的监测对象管道110的虚拟电流分布x。

磁场电流转换矩阵由u(uij)表示。此处，uij是磁场电流转换矩阵u的第i行的第j列，并且是用于将在边缘ej中流动的电流与经由相应的电流而被施加到第i个磁传感器131的磁通密度相关联的比例系数。换句话说，经由边缘ej中流动的电流xj而被施加到磁传感器i的磁通密度变为uij×xj。由磁传感器i测量的磁通密度是经由在各个边缘中流动的电流而被施加的磁通密度的总和。因此，由磁传感器i测量的磁通密度变为∑(uij×xj)。

由于uij遵守表示由电流产生的磁场大小的biot-savart定律，因此，可以通过表达式1基于磁传感器阵列131a的磁传感器131的坐标和监测对象管道110的定向正方形栅格的坐标来获得uij。

[表达式1]

μ0＝真空磁导率

电流限制矩阵存储单元315用于存储这样一个矩阵，其是定向正方形栅格连接矩阵并且表示在边缘中流动的电流。由于在边缘中流动的电流应满足基尔霍夫定律，所以，针对每个节点需要表示流入电流和流出电流。电流限制矩阵k(＝(kij))可以由表达式2表示。

[表达式2]

+1，边缘j的电流流入节点i，

kij＝-1，边缘j的电流流出节点i，

0，其它。

正则化参数存储单元316用于存储由二次规划问题求解单元322使用的正则化参数λ。正则化参数λ将在下面描述。薄化比例系数存储单元317用于存储用于根据所计算的虚拟涡电流来计算薄化分布的比例系数α。比例系数α将在下面描述。

差分计算单元321计算作为存储在测量磁场存储单元312中的测量磁场分布与存储在参考磁场存储单元313中的参考磁场分布之间的差的磁场分布差b。

二次规划问题求解单元322使用存储在磁场电流转换矩阵存储单元314中的磁场电流转换矩阵u、存储在电流限制矩阵存储单元315中的电流限制矩阵k以及存储在正则化参数存储单元316中的正则化参数λ根据由差分计算单元321计算的磁场分布差b来计算虚拟电流分布x。

通过对由表达式3所示的二次规划问题p进行求解来根据磁场分布差计算虚拟电流分布x。

[表达式3]

此处，约束条件“kx＝0”是满足基尔霍夫定律的条件，其中，对于每个节点，流入电流和流出电流彼此相等。

二次规划问题p用于在上述约束条件下获得这样一种虚拟电流分布x，在该虚拟电流分布下，由虚拟电流分布x引起的磁场分布ux与磁场分布差b之间的差最小。然而，在安装方面，磁传感器131的布置密度显著低于定向正方形栅格的密度。因此，不可能确定仅一个最优解。为此，为了选择所产生的涡电流的量极小的这样一个解，将使用正则化参数λ的项作为正则化项添加到求值表达式中。

可以通过表达式4获得二次规划问题p的解x。在表达式4中，s是k的内核空间的表示矩阵。然而，也可以通过任何其它方法获得解x。例如，可以通过不可行的原-对偶内点法来对许多一般二次规划问题进行求解。

[表达式4]

x＝s(s^tu^tus-λs^ts)^-1s^tu^tb

薄化分布计算单元323根据表示虚拟涡电流的虚拟电流分布x计算薄化分布。如上所述，虚拟涡电流的一部分的电流密度表示对应部分的薄化量，虚拟涡电流的螺旋方向表示薄化的形状。因此，薄化分布计算单元323将虚拟电流分布x转换为与定向正方形栅格相对应的矩阵，并将所获得的矩阵乘以薄化比例系数α，从而生成薄化分布矩阵d，并且将薄化分布矩阵转换为薄化的位置、形状和深度。

预先通过对通过数值仿真获取的磁场执行虚拟涡电流法来确定薄化比例系数α，使得虚拟涡电流法的结果与仿真的薄化分布相一致，并且存储在薄化比例系数存储单元317中。

由薄化分布矩阵d表示的薄化的位置、形状和深度可以通过用三维映射、颜色映射等对其进行显示来进行可视化。

由于如上所述的使用虚拟涡电流的薄化分布估计与基于模式匹配的薄化检测方法不同，其不依赖于具体的薄化模式，所以不需要预先准备具体的薄化模式，并且可以执行应对各种薄化形状的薄化估计。

现在，将描述本实施例的薄化检测系统10的操作。首先，将参照图9的流程图来说明实际使用前的准备阶段。在准备阶段，通过使用3d扫描仪技术的测量或者基于制造期间所使用的3dcad数据来获取监测对象管道110的三维形状(步骤s101)。

随后，生成用于安装与监测对象管道110的形状相对应的磁传感器阵列131a的构件(步骤s102)。在使用3d扫描仪测量形状的情况下，可以生成这样一种构件，其用于安装磁传感器阵列131a，并且使其甚至与监测对象管道110的畸变等相对应。

此外，为了防止监测对象管道110免受由于与不同金属的接触而造成的影响，优选的，所述安装构件具有使用支柱以点接触方式安装的形式，并且作为安装构件，可以使用具有如此韧性的构件，使得磁传感器131与监测对象管道110之间的位置关系长时间不变化。

使用所生成的安装构件将磁传感器131安装在监测对象管道110周围，并且磁传感器131与磁场测量装置130连接，电极111附接至监测对象管道110的表面并与电流施加设备120连接(步骤s103)。

随后，测量所安装的磁传感器阵列131a的每个磁传感器131与监测对象管道110之间的相对位置关系，并将其记录在存储单元213中(步骤s104)。在监测对象管道110和磁传感器131之间的位置关系不是优选的情况下，对安装构件进行校正、安装调整等。

如果磁传感器阵列131a被安装在监测对象管道110上，则确定定向正方形栅格尺寸，并将其存储在正方形栅格参数存储单元311中(步骤s105)。假设定向正方形栅格尺寸包括由mn表示的节点数以及节点间距离wx和wy。如上所述，鉴于估计准确度和计算时间来确定由mn表示的节点的数量。

随后，基于定向正方形栅格尺寸和磁传感器131的位置，计算磁场电流转换矩阵u，并将其存储在磁场电流转换矩阵存储单元314中(步骤s106)。

此外，基于定向正方形栅格尺寸，生成电流限制矩阵k，并将其存储在电流限制矩阵存储单元315中(步骤s107)。

此外，通过磁场仿真计算薄化比例系数α，并将其存储在薄化比例系数存储单元317中(步骤s108)。如上所述，通过对通过数值仿真所获得的磁场执行虚拟涡电流法来确定薄化比例系数α，使得虚拟涡电流法的结果与仿真的薄化分布一致。

此外，确定二次规划问题p的正则化参数λ，并将其存储在正方形栅格参数存储单元311中(步骤s109)。

此外，将用于测量的恒定电流施加到还没有发生薄化的监测对象管道110，并测量参考磁场，并将其存储在参考磁场存储单元313中(步骤s110)。作为参考磁场，可以使用通过仿真获得的磁场分布。此外，关于步骤s106至步骤s110的处理，处理的顺序并不重要。

现在，将参考图10的流程图描述使用期间的薄化检测系统10的操作的概况。如果预定测量时机到来(步骤s201中的“是”)，则电流施加设备120施加预定的测量电流(步骤s202)，磁场测量设备130测量磁场分布(步骤s203)。

磁场测量设备130的计算单元132从测量值中去除噪声，从而获得有效值(步骤s204)。可以将有效值表示成与磁传感器阵列131a相对应的数组，从而可以获得监测对象管道110的表面的磁场分布。

将所表示的有效值的数组发送到测量管理装置210，并且测量管理设备210的计算单元211通过虚拟涡电流方法计算薄化分布(步骤s205)。随后，基于薄化分布等的变化，设置下一个测量时机(步骤s206)。

此外，计算单元211基于薄化的位置使薄化的形状和深度可视化(步骤s207)。通过与监测对象管道110进行颜色映射、三维映射等来执行可视化。薄化的形状、尺寸和位置以及映射结果记录在存储单元213中，并且如果必要的话在显示屏幕等上输出(步骤s208)。

现在将描述各个设备的具体操作。首先，将参照图11的流程图描述电流施加设备120的操作。如果电流施加设备120被激活，则其通过无线通信单元126经由无线传感器网络280从测量管理设备210请求设置信息(步骤s301)。

电流施加设备从测量管理设备210接收作为对请求的响应的设置信息(步骤s302)，并将设置信息记录在存储单元124中(步骤s303)。设置信息包括待施加的ac电流的频率、电流值、施加开始时机(周期)、电流施加持续时间等。

如果由设置信息表示的电流施加开始时机到来(步骤s304中的“是”)，则电流施加设备开始施加电流(步骤s305)。此时，电流施加设备可以通知测量管理设备210电流的施加已经开始。

如果由设置信息表示的电流施加持续时间过去，则电流施加设备结束电流施加(步骤s306)。此时，电流施加设备可以通知测量管理设备210电流施加已经结束。

电流施加设备120还从测量管理设备210接收与下一个测量时机相关的设置信息(步骤s307)，并等待下一个开始时间(步骤s304)。然而，如果设置信息是停止指令(步骤s308中的“是”)，则电流施加设备停止。

现在将参照图12的流程图描述磁场测量设备130的操作。如果磁场测量设备130被激活，则其通过无线通信单元137经由无线传感器网络280从测量管理设备210请求设置信息(步骤s401)。

磁场测量设备从测量管理设备210接收作为对请求的响应的设置信息(步骤s402)，并将设置信息记录在存储单元135中(步骤s403)。设置信息包括测量开始时机(周期)、每个传感器的测量时间、和待由电流施加设备120施加的ac电流的频率等。

如果由设置信息表示的测量开始时机到来(步骤s404中的“是”)，则磁场测量设备执行切换至用于执行测量的磁传感器131(步骤s405)，并测量磁场(步骤s406)。此时，磁场测量设备可以通知测量管理设备210磁场测量已经开始。

如果由设置信息表示的每个磁传感器的测量时间过去，则磁场测量设备结束对应的磁传感器131的测量，并执行去除噪声和计算有效值的处理(步骤s407)。如果存在还未执行测量的任何磁传感器131(步骤s408中的“否”)，则磁场测量设备执行磁传感器131的切换(步骤s405)，并重复测量处理。

如果每个磁传感器131均结束了测量(步骤s408中的“是”)，则磁场测量设备以与磁传感器阵列131a相对应的数组形式布置有效值，并将有效值数组发送到测量管理设备210(步骤s409)。

磁场测量设备130还从测量管理设备210接收与下一个测量时机相关的设置信息(步骤s410)，并等待下一个开始时机(步骤s404)。然而，如果设置信息是停止指令(步骤s411中的“是”)，则磁场测量设备停止。

现在，将描述磁场测量设备130的计算单元132在步骤s407中执行的噪声去除处理。由于磁场测量设备130测量的ac磁场信号通常包括噪声，因此需要去除噪声，然后执行转换成有效值的处理。作为噪声去除方法，可以考虑以下四种方法。

第一噪声去除方法

本方法是这样一种方法，其通过离散傅里叶变换或z变换来将所测量的ac信号转换到频域中，并从频域中提取由电流施加设备120施加的频率。

第二噪声去除方法

本方法是这样一种方法，其通过经离散傅里叶变换或z变换将测量的ac信号变换到频域中来仅提取回归参数kq，并且进行平滑处理以消除高阶噪声，并且根据表达式5执行回归处理。由于本方法使用作为期望的噪声去除对象的信号串的瞬时值，因此不需要将信号保留在存储器上，并且可以减少存储单元135的ram的使用。

[表达式5]

更具体地，第二噪声去除方法是通过根据本发明的目的使用离散付里叶变换来改进第一噪声去除方法而获得的方法。改进点有以下两点：

●频率分辨率良好。

●仅提取指定的频率分量，而不获得与其它频率有关的信息。

在第一噪声去除方法中，为了提高待提取的频率的分辨率，应当将测量时间设置为较长。然而，在薄化检测系统10中，在电流施加设备120和磁场测定设备130的功耗方面，将测量时间设定得较长不是优选的。相反，仅需只计算特定频率分量，并且无需计算其它频率分量。第二噪声去除方法是通过改进第一噪声去除方法以使得频率分辨率和测量时间均令人满意而获得的方法。

将描述第二噪声去除方法的原理。仅在角频率ω0附近具有频率分量的信号f(t)可以表达为表达式6。在表达式6中，假定ωi≈ω0。

[表达式6]

在这种情况下，需要获得与角频率ω0相对应的振幅w0。可以通过表达式7计算在0≦t≦t的间隔内的信号f(t)的傅立叶积分。

[表达式7]

f[f](ω0)随着t→∞而收敛到ω0。第一噪声去除方法是计算该积分值的方法。上述表达式可以发展成表达式8。

[表达式8]

因此，可以通过以下两个处理在不将t增长到∞的情况下将f[f](ω0)收敛到ω0：

●通过执行求平均来取消振动项的处理

●通过使用回归表达式(即，表达式5)执行回归来仅提取参数k0的处理

图13中以流程图的形式示出了这些处理。换句话说，获取磁场测量结果的数字值(步骤s501)，并且执行傅里叶积分(步骤s502)。随后，执行平滑处理(步骤s503)，执行回归计算(步骤s504)，并且输出回归结果(步骤s505)。此外，不满足假设条件“ωi≈ω0”的情况意味着与角频率ω0相对应的分量等于0，因此在不执行平滑化和回归的情况下即可获得ω0＝0。

第三噪声去除方法

本方法是这样一种方法，由于噪声的主要分量是由磁场测量设备130的电路生成的噪声，该方法在假设噪声为正态分布的情况下应用卡尔曼滤波器。

第四噪声去除方法

本方法是这样一种方法，由于噪声的主要分量是由磁场测量设备130的电路生成的噪声，该方法在假设对象系统为线性的情况下应用粒子滤波器。

磁场测量设备130对由磁传感器阵列131a的磁传感器测量的ac信号执行上述噪声去除方法之一，并计算ac信号的有效值，并通过无线传感器网络280将有效值发送到测量管理设备210。然而，可以使用其它噪声去除方法。

现在将参照图14的流程图描述测量管理设备210的操作。测量管理设备210参考记录在存储单元213中的关于设备布置的各种信息(例如，作为设备布置信息的安装在监测对象管道110上的电极111与磁传感器阵列131a的磁传感器之间的相对位置关系和监测对象管道110的形状)(步骤s601)。

如果从另一个设备接收到设置信息请求(步骤s602)，则测量管理设备发送预先记录在存储部213中设置信息(步骤s603)。具体地说，在从电流施加设备120接收到设置信息请求的情况下，测量管理设备发送作为设置信息的待施加的ac电流的频率、电流值、施加开始时机(周期)、电流施加持续时间等，在从磁场测量设备130接收设置信息请求的情况下，测量管理设备发送作为设置信息的测量开始时机(周期)、每个磁传感器的测量时间、待由电流施加设备120施加的ac电流的频率。

如果由设置信息表示的测量开始时机到来(步骤s604中的“是”)，则测量管理设备从电流施加设备120和磁传感器131接收开始通知(步骤s605)。此外，测量管理设备从磁场测量设备130接收作为测量结果的有效值的数组(步骤s606)。

随后，测量管理设备210的计算单元211基于从磁场测量设备130接收的测量磁场分布来计算薄化分布(步骤s607)。

图15是用于说明由计算单元211执行的薄化分布计算处理的具体过程的流程图。首先，将所接收到的测量磁场分布存储在测量磁场存储单元312中(步骤s701)。

随后，差分计算单元321计算作为存储在参考磁场存储单元313中的参考磁场分布与测量磁场分布之间的差的磁场分布差b(步骤s702)。

二次规划问题求解单元322对二次规划问题p进行求解(步骤s703)，并计算虚拟电流分布x(步骤s704)，薄化分布计算单元323将虚拟电流分布x转换为薄化分布d(步骤s705)。

返回到图14，在根据作为有效值的数组的测量磁场分布来计算薄化分布的情况下(步骤s607)，测量管理设备210的计算单元211基于薄化等的形状和尺寸的变化来设置下一个测量时机(步骤s608)。

具体地说，计算单元根据薄化的形状和尺寸来计算厚度方向上的深度和截面损耗率。此外，计算单元通过将它们与前一次测量的薄化深度和截面损耗率进行比较来计算每单位时间的变化率。此外，计算单元通过将它们与最小允许厚度和最大允许剪切应力进行比较来计算时间余量，并且基于这些余量中的较小的一个来设置电流施加设备120和磁场测量设备130的下一个测量时机。

此外，计算单元211使所计算的薄化分布可视化(步骤s610)。例如通过对监测对象管道110执行三维映射来执行薄化分布的可视化。图16示出了基于所计算的薄化分布而执行的三维映射的示例。

测量管理设备将薄化分布和三维映射的结果记录在存储单元213中，并根据需要在显示屏幕等上将其输出(步骤s611)。如果没有接收到任何停止指令(步骤s612中的“否”)，则测量管理设备等待下一个开始时间(步骤s604)；而如果已经接收到停止指令(步骤s612中的“是”)，则测量管理设备停止。此时，测量管理设备向电流施加设备120和磁场测量设备130发送停止设置信息。

同时，在本实施例的薄化检测系统10中，需要基于将所计算出的磁场分布转换为薄化分布的方法的特性来管理监测对象管道110、磁场测量设备130的磁传感器阵列131a、和电流施加设备120的电极111在安装、附接或拆卸过程中的位置，并且管理它们的相对位置。其原因是磁场的密度根据从生成源到测量点的距离而变化，而这会在转换过程中成为误差。

为此，如上所述，优选的，磁传感器131的安装构件与监测对象管道110点接触并具有韧性。

然而，根据装置的时间变化，磁传感器阵列131a和监测对象管道110之间的相对位置可以改变，并且它们实际安装的位置可能偏离其在系统设计中的位置。在发生这种偏离的情况下，可以通过根据偏离量校正磁传感器131的测量值来防止误差的出现。

例如，在x轴方向或y轴方向(与监视对象管道110的表面平行的平面上)上存在偏离的情况下，作为校正方法，可以考虑这样一种方法，其基于磁传感器131的实际位置与磁传感器131的初始位置的偏离量，使用相邻磁传感器131的测量值通过现有技术(比如，线性补充或双三次补充)来校正磁传感器131的测量值。

此外，在z轴方向(与监测对象管道110的表面垂直的方向)上存在偏离的情况下，由于测量值与距离的平方成反比，例如，如果磁传感器131的实际位置的偏离量是磁传感器131的初始位置的1.5倍，则可以通过将测量值乘以1.5的平方来执行校正。

作为获取磁传感器131的实际位置的方法，可以考虑使用3d扫描仪的方法；然而，也可以基于磁传感器131的测量值来获取磁传感器在z轴方向上的位置。

这是使用趋肤效应的方法，其中导体中流动的ac电流随着频率的增加而集中到导体的表面从而导致内部电流密度的降低。通常，导体的电流密度变为表面的电流密度的1/e倍处的距离被称为趋肤深度，并且如果频率确定了，则可以指定该导体的趋肤深度。

具体地，如图17a所示，假定当具有频率f1的ac电流在监测对象管道110中流动时，通过磁传感器131测量到磁通密度h1。在这种情况下，趋肤深度δ1是已知的。此外，如图17b所示，假设当具有高于频率f1的频率f2的ac电流在监测对象管道110中流动时，通过磁传感器131测量到磁通密度h2。在这种情况下，趋肤深度δ2是已知的，并且比趋肤深度δ1浅。此外，选择频率f1，以使得即使一部分薄化趋肤深度δ1也不会到达薄化的部分。

在这种情况下，如果用d表示监测对象管道110和磁传感器131之间的距离，则建立表达式9。在表达式9中，k是由所施加的电流、监测对象管道110等确定的常数。

[表达式9]

如果针对d来求解表达式9，则消除k，由此可以获得表达式10。因此，可以获取磁传感器131相对于监测对象管道110的位置。

[表达式10]

作为替代，如图18所示，即使在磁传感器131的上方布置辅助磁传感器131b，也可以获取磁传感器131相对于监测对象管道110的位置。此处，用r表示磁传感器131和辅助磁传感器131b之间的距离，并且假设该距离r通过安装构件等被牢固地保持并且不会改变。此外，用t表示监测对象管道110的厚度。

在监测对象管道110中有ac电流流动(其中，可以考虑或可以不考虑趋肤效应)、磁传感器131测量到磁通密度h1、并且辅助磁传感器131b测量到磁通密度h2的情况下，建立表达式11。在表达式11中，k是由施加电流、监测对象管道110等确定的常数。

[表达式11]

如果针对d来求解表达式11，则消除k，由此可以获得表达式12。因此，可以获取磁传感器131相对于监测对象管道110的位置。

[表达式12]

如果以上述方式获得的距离d与初始距离不同，则可以根据其差异对测量值执行校正，从而能够防止薄化分布估计准确度的降低。

在这种情况下，为了导出传感器到管道的相对位置和校正系数，使用电流中心的概念来执行近似计算。因此，表达式9和表达式11的所有校正系数均与距离的平方成反比。然而，在不使用电流中心的概念的情况下，例如也可以使用电流分布的精确计算、数值仿真等来导出更实用的校正公式。