一种磁信号定量化检测方法

本发明属于漏磁信号定量化研究，具体涉及一种磁信号定量化检测方法。

背景技术：

1、在工程实况中，铁磁性材料表面会产生金属体积缺陷，若检测探头与缺陷分别处于材料的两个表面，则在磁信号传递过程中会经过和受到铁磁性壁厚的影响，集中体现在漏磁检测信号的幅值减少，从而低估缺陷的危害程度，对材料的安全性和使用寿命做出错误判断。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种磁信号定量化检测方法，解决现有技术中磁信号传递过程中经过铁磁性壁厚时会受到影响，集中体现在漏磁检测信号的幅值减少，从而低估缺陷的危害程度，对材料的安全性和使用寿命做出错误判断的问题。

2、为了解决上述问题，本发明提供了一种磁信号定量化检测方法，包括以下步骤：

3、步骤1：建立经典磁荷模型，基于经典磁荷模型，定义传递补偿因子；

4、步骤2：构建径向传递补偿因子；

5、步骤3：构建轴向传递补偿因子；

6、步骤4：将步骤2中得到的径向传递补偿因子和步骤3中得到的轴向传递补偿因子对静磁屏蔽效应所产生的额外衰减进行描述，并引入步骤1中的经典磁荷模型中进行改进，得到改进后的磁荷模型。

7、可选的，步骤1具体包括：建立经典磁荷模型：当磁场穿过铁磁性材料的缺陷处时，缺陷两个端面分布有不同极性的磁荷，形成磁荷堆积，进而产生磁场，在缺陷底部中心建立直角坐标系，x轴沿管道轴向，y轴沿管道径向，z轴沿管道周向，设定外缺陷轴向长dx，外缺陷周向宽dz，外缺陷深度dy，侧壁上任意磁荷源坐标为(xm，ym，zm)，则空间中的任意一点p(x，y，z)处所形成的磁场的径向信号hy与轴向信号hx可分别表示为：

8、

9、其中，ρ为缺陷侧壁的磁荷密度，μ0是真空磁导率，r是磁荷源到检测点p的距离，dy是外缺陷深度，dz是外缺陷周向宽。

10、可选的，步骤1还包括：基于经典磁荷模型，定义传递补偿因子，步骤如下：

11、步骤1.1：建立屏蔽效能，公式如下：

12、

13、其中，se是屏蔽效能，hout代表屏蔽壳外壁磁场强度，hin代表屏蔽壳内壁磁场强度，se的确定与磁场的方向有关，分为径向磁场分量与轴向磁场分量两种情形，其中，径向磁场分量hout_xc为轴向磁场分量为hout_zc；

14、步骤1.2：基于屏蔽效能，定义传递补偿因子，即fshield，令：根据磁场的方向，也分为径向传递补偿因子fshield_xc和轴向传递补偿因子fshield_zc两种情形，令：

15、可选的，步骤2具体包括：建立圆柱壳屏蔽体及其柱坐标系(rc，θ，zc)，当圆柱壳型屏蔽体受到径向方向的屏蔽壳外磁场时，圆柱屏蔽体内外自由空间与屏蔽壳内部满足柱坐标系下拉普拉斯方程：

16、

17、其中，拉普拉斯算子，uout、ushield、uin分别表示圆柱腔外表面、圆柱腔壁中以及圆柱腔内表面的标量磁位，r是圆柱壳外径，r是圆柱壳内径；

18、当铁磁性材料屏蔽在受到外界恒定磁场作用时，公式(3)的边界条件满足连续性定理，可通过求解公式(3)得到各空间区域的标量磁位的解，如下式所示：

19、

20、其中，uout、ushield、uin分别表示圆柱腔外表面、圆柱腔壁中以及圆柱腔内表面的标量磁位，h0表示外缺陷所产生的未经圆柱屏蔽壳屏蔽的漏磁场，r是圆柱壳外径，r是圆柱壳内径，μr是相对磁导率；

21、将公式(4)中的得到的uin、uout分别代入即可得到屏蔽壳内壁磁场强度hin和屏蔽壳外壁磁场强度的表达式hout，并将得到的hin、hout值代入公式(2)中求得圆柱屏蔽壳对径向磁场的屏蔽效能sexc；

22、基于求得的sexc，将sexc代入公式则得到径向传递补偿因子fshield_xc为：

23、

24、其中，hin、hout是屏蔽壳内、外壁磁场强度，ra是圆柱壳平均半径，δt是剩余壁厚，μr是相对磁导率，r是圆柱壳外径，r是圆柱壳内径，dy是外缺陷深度，t是管壁厚度。

25、可选的，步骤3具体还包括：当圆柱壳型屏蔽体受到平行于圆柱轴向的外磁场时，屏蔽壳内部满足磁准静态场条件下中的扩散方程，公式(6)所示：

26、

27、其中，hshield_zc是漏磁场在屏蔽壳内轴向分量，γ是传播常数，r是圆柱壳外径，r是圆柱壳内径；

28、另外，由于公式(6)的边界条件满足连续性定理，可通过求解公式(6)得到hshield_zc的解，基于hshield_zc的解得到圆柱屏蔽壳对轴向磁场的屏蔽效能sezc，公式(7)所示：

29、

30、其中，i0是第一类0阶修正贝塞尔函数、k0是第二类0阶修正贝塞尔函数，k1是第二类1阶修正贝塞尔函数，i2是第一类2阶修正贝塞尔函数，γ是传播常数，r是圆柱壳外径，r是圆柱壳内径，μr是相对磁导率；

31、管道内检测模型中，通常以静磁场条件对漏磁信号进行分析，则在静磁场极限条件下，sezc可写为：

32、

33、其中，sezc是圆柱屏蔽壳对轴向磁场的屏蔽效能，ra是圆柱壳平均半径，δt是剩余壁厚，μr是相对磁导率，γ是传播常数，r是圆柱壳外径，dy是外缺陷深度，t是管壁厚度，f是频率；

34、将sezc代入公式则可得到轴向传递补偿因子fshield_zc公式为：

35、

36、其中，fshield_zc是轴向传递补偿因子，sezc是圆柱屏蔽壳对轴向磁场的屏蔽效能，ra是圆柱壳平均半径，δt是剩余壁厚，μr是相对磁导率，γ是传播常数，r是圆柱壳外径，dy是外缺陷深度，t是管壁厚度，f是频率。

37、可选的，步骤4具体包括：

38、内检测外缺陷的漏磁信号在管道壁的作用下，能被有效探测到的漏磁场的径向分量heff_y，能被有效探测到的漏磁场的轴向分量heff_x表示为：

39、

40、其中，定义：hout_y＝hy,hout_x＝hx，并将公式(5)中的fshield_xc与公式(9)中的fshield_zc分别以公式(10)的形式代入公式(1)，可得管壁厚度影响下的外缺陷解析模型：

41、

42、其中，r是圆柱壳外径，t是管壁厚度，dy是外缺陷深度，μr是相对磁导率，ρ为缺陷侧壁的磁荷密度，μ0是真空磁导率，dz是外缺陷周向宽，xm、ym、zm是侧壁上任意磁荷源的三轴坐标，x、y、z是空间中的任意一点p的三轴坐标，γ是传播常数，δt是剩余壁厚，f是频率，通过公式(11)可量化长输油气管道内检测外壁缺陷漏磁检测信号。

43、有益效果

44、本发明的实施例中所提供的一种磁信号定量化检测方法，该方法基于静磁屏蔽理论，提出了传递补偿因子，结合经典磁荷模型，建立改进后的磁荷模型。该模型能够解决现有技术中磁信号传递过程中会经过和受到铁磁性壁厚的影响，集中体现在漏磁检测信号的幅值减少，从而低估缺陷的危害程度，对材料的安全性和使用寿命做出错误判断的问题，具体应用如长输油气管道的漏磁内检测外缺陷的识别。