【摘要】：管道作為一種運(yùn)輸氣體、液體或帶固體顆粒的流體的鐵磁性裝置,大量應(yīng)用在化工物質(zhì)運(yùn)輸系統(tǒng)為主的工業(yè)管道系統(tǒng)中。其中,由于煤層氣管道敷設(shè)于潮濕的土壤環(huán)境下以及長(zhǎng)期使用,不可避免地出現(xiàn)管道發(fā)生腐蝕穿孔等問(wèn)題,而且各處管道的防腐層老化程度不盡相同,管道破損嚴(yán)重的地方可能會(huì)出現(xiàn)煤層氣泄露、氣量損失、加大輸出的情況,不僅造成了資源的浪費(fèi),嚴(yán)重的情況下還可能導(dǎo)致運(yùn)輸系統(tǒng)出現(xiàn)重大事故,危及管道運(yùn)輸沿線附近人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。因此,對(duì)于管道缺陷識(shí)別判斷問(wèn)題進(jìn)行深層次的研究工作迫在眉睫。目前,針對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè)的方法包括透射檢測(cè)法、應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量法、聲波/超聲波反射法、光纖檢測(cè)法等,但這些檢測(cè)方法對(duì)于埋地管道來(lái)說(shuō)存在檢測(cè)距離有限和造價(jià)較高的缺點(diǎn)。隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展,針對(duì)金屬天然磁記憶現(xiàn)象進(jìn)行檢測(cè)的方式將極大程度地降低成本、提高檢測(cè)精確度,但目前尚未形成一套成熟的理論和方法去指導(dǎo)相應(yīng)的實(shí)踐工作。因此,本文在弱磁檢測(cè)的理論知識(shí)和一般工況條件的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了一系列的研究工作。為了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)下的管道缺陷檢測(cè)以及強(qiáng)干擾環(huán)境下檢測(cè)信息的有效傳輸、處理與識(shí)別分類(lèi),本文在已有的金屬磁記憶理論基礎(chǔ)之上,使用多物理場(chǎng)仿真軟件模擬地磁場(chǎng)下管道存在缺陷的物理環(huán)境,并對(duì)缺陷處的磁信號(hào)進(jìn)行多方面的特征分析,驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)知識(shí);同時(shí)分析了當(dāng)前磁場(chǎng)信號(hào)檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn),確定系統(tǒng)對(duì)于磁信號(hào)的采集機(jī)理,對(duì)包括小波變換、小波消噪在內(nèi)的磁信號(hào)處理方法展開(kāi)研究,并結(jié)合多種缺陷識(shí)別分類(lèi)方法設(shè)計(jì)了基于KNN識(shí)別的算法。最后,在理論研究基礎(chǔ)之上,進(jìn)行了系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)工作,包括硬件電路設(shè)計(jì)、PCB制作、下位機(jī)程序編寫(xiě)、上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)等,將硬件與軟件結(jié)合起來(lái)搭載實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并將算法思想轉(zhuǎn)換為程序結(jié)合軟硬件平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)樣品進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明本文所設(shè)計(jì)的TMR檢測(cè)傳感器可以很好地采集管道在地磁場(chǎng)環(huán)境下的缺陷特征信號(hào),硬件降噪和軟件降噪結(jié)合的辦法可以很好地去除噪聲干擾,采用基于KNN算法的識(shí)別分類(lèi)方法可以很好的表征缺陷位置。因此,該系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)下的管道缺陷識(shí)別具有較強(qiáng)的辨識(shí)能力,且能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)在強(qiáng)干擾環(huán)境下的信號(hào)處理與識(shí)別判斷,對(duì)于管道缺陷檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展具有一定的指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TE973
【圖文】：

法向分量迅勿或者Ｋ值的計(jì)算，即可判斷工件應(yīng)力集中區(qū)的所在位置，??即缺陷存在的位置。該理論同樣也是目前磁檢測(cè)常用的判斷依據(jù)［１８＿２１］。磁檢測(cè)特征值原??理圖如圖２－１所示。??７??

統(tǒng)設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的理論基礎(chǔ)。??２．２．２管道缺陷特征仿真研究??煤層氣管道缺陷特征仿真流程圖如圖２－２所示。??（）??．?ｉ???選擇空間維度??????ｉ???｜?材料定義??選擇物理場(chǎng)???????４????２??網(wǎng)格定乂??選擇研究類(lèi)型???????ｔ????２??構(gòu)建ｔ旲型??建立空模型???ｒ??▼??Ｉ?（棘）??幾何定義??圖２＿２管道缺陷特征仿真流程圖??Ｆｉｇ．?２－２?Ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?ｐｉｐｅｌｉｎｅ?ｄｅｆｅｃｔ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ??１０??

層氣管道、地磁場(chǎng)、缺陷部分，構(gòu)建出完整的仿真模型。??根據(jù)管道缺陷特征仿真流程圖進(jìn)行相應(yīng)的仿真工作。首先，根據(jù)煤層氣管道的幾何??特質(zhì)與材質(zhì)特征設(shè)計(jì)相應(yīng)幾何模型，如圖２－３所示，設(shè)計(jì)一根管遣內(nèi)徑長(zhǎng)為２．５ｃｍ、外??徑長(zhǎng)為３ｃｍ的半環(huán)，材質(zhì)為軟鐵；．人為制造的缺陷Ｋ域長(zhǎng)度為０．３ｃｍ、窩度為０．４ｃｍ，??材質(zhì)設(shè)計(jì)為空氣；通過(guò)參數(shù)調(diào)整設(shè)計(jì)通電的銅線圈來(lái)模擬地磁場(chǎng)環(huán)境，繞組線圈疋視圖??為長(zhǎng)１．５ｃｍ、寬ｌｃｍ的矩形；除此之外的區(qū)域材質(zhì)均為交氣場(chǎng)。??Ｉ?Ｉ?Ｉ?■?１?，［?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?■?Ｉ?Ｉ?Ｉ?！?Ｉ?Ｉ?Ｉ?．．．?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?，??＿???〇?＿??ｉ丨Ｉ丨??－３＂?＇??■４一?ｒ＝０?＿??￣￣｜—｜￣￣｜￣￣＇—｜—｜￣￣｜￣￣｜—＇￣￣｜￣￣Ｉ￣￣＇—＇￣￣＇￣￣Ｉ￣￣１￣￣１￣￣１￣￣Ｉ￣￣１￣￣１￣￣１￣￣Ｉ￣￣１￣￣１—１￣￣Ｉ￣￣＾??－２?０?２?４?６?８?１０??圖２－３煤層氣管道缺陷仿真幾何圖??Ｆｉｇ．?２－３?ＣＢＭ?ｐｉｐｅｌｉｎｅ?ｄｅｆｅｃｔ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｇｅｏｍｅｔｒｙ??設(shè)計(jì)好仿真模型圖之后，進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，弁進(jìn)行仿．真模型的信號(hào)研究。參數(shù)??設(shè)置韻主要對(duì)象為線圈屬性，包括相對(duì)磁導(dǎo)率、相對(duì)介電常數(shù)、電導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)、??常壓熱容、密度、導(dǎo)熱系數(shù)、楊氏模量，泊松比、參考電阻率以及電阻溫度系數(shù)等。研??究計(jì)算主要包括構(gòu)建三維模型與一維繪圖
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本文編號(hào)：2836299