李曉杰，王一光

(1.哈爾濱工程大學(xué) 自動化學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001；2.哈爾濱精達測量儀器有限公司，黑龍江 哈爾濱 150078；3.黑龍江大學(xué) 電子工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

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基于漏磁檢測的鋼管探傷監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計*

李曉杰1,2，王一光3

(1.哈爾濱工程大學(xué) 自動化學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001；2.哈爾濱精達測量儀器有限公司，黑龍江 哈爾濱 150078；3.黑龍江大學(xué) 電子工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

針對鋼管漏磁檢測的特殊性,設(shè)計開發(fā)了一種帶有干擾濾波的探傷監(jiān)控系統(tǒng)，采用信號接收模塊配合多串口卡，開辟了多個內(nèi)存緩沖區(qū)，將數(shù)據(jù)進行多線程并行分析處理，極大地提高了數(shù)據(jù)處理的速度和檢測的實時性。采用均值平移小波閾值去噪法對漏磁檢測信號進行降噪處理，有效降低了測量噪音等干擾因素的影響，并消除偽吉布斯現(xiàn)象。軟件部分利用Visual Studio C#進行開發(fā)，可以實現(xiàn)無人值守條件下的全自動流水線檢測控制、自動鋼管缺陷判斷、報警和分析處理等功能。系統(tǒng)具有高的實用性和可靠性。

漏磁檢測； 探傷監(jiān)控； 均值平移小波去噪； 多內(nèi)存緩沖； Visual Studio C#

0 引 言

在鋼管漏磁探傷領(lǐng)域，由于漏磁檢測數(shù)據(jù)受到環(huán)境因素、檢測方式和測量噪聲等因素的影響，使得檢測結(jié)果與實際情況出現(xiàn)偏差，不能反映鋼管的真實缺陷，也無法發(fā)揮漏磁檢測探傷速度快、反應(yīng)靈敏等優(yōu)勢。其中，橫向檢測的結(jié)果受影響最為明顯。橫向檢測需要的傳感器數(shù)量較多、實時上傳的數(shù)據(jù)量較大，數(shù)據(jù)處理過程較為復(fù)雜，傳統(tǒng)的橫向檢測數(shù)據(jù)常出現(xiàn)失真等問題。本文提出一種數(shù)據(jù)傳輸方案和一種特殊的小波閾值去噪法，很好地解決了上述技術(shù)問題，并獲得了良好的效果。

1 漏磁檢測監(jiān)控軟件設(shè)計方案

由漏磁檢測原理可知，當(dāng)缺陷走向與磁力線方向垂直時，缺陷處漏磁場強度最大，探傷靈敏度也最高。隨著缺陷走向的偏斜，漏磁場強度逐漸減小，直至二者走向一致時，漏磁場強度接近為零[1,2]。為了使缺陷不漏檢，出現(xiàn)了鋼管軸向磁化檢測橫向傷和周向磁化檢測縱向傷等檢測方法[3,4]。每種檢測方法都需要多個傳感器同時進行信號采集，其中，橫向檢測至少需要8個霍爾傳感器，縱向檢測至少需要3個霍爾傳感器。當(dāng)檢測速度增加時，傳感器的數(shù)量需要成倍增加，因此，需要采集和上傳的數(shù)據(jù)量很大，并且需要傳輸?shù)木嚯x較遠(至少在200 m以上)。市面上可買到的數(shù)據(jù)采集板通常不符合該漏磁檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，因此，需要根?jù)實際需求開發(fā)一種數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用RS—422作為遠程數(shù)據(jù)傳輸方式，并在計算機端使用多串口卡，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速、遠距離傳輸，傳輸過程如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)遠距離傳輸方式Fig 1 Remote data transmission method

根據(jù)設(shè)計的數(shù)據(jù)傳輸方案，上位機監(jiān)控軟件中的數(shù)據(jù)將由PCI多串口卡[5]來接收和發(fā)送，在內(nèi)存中配合多串口卡開辟多個緩沖區(qū)，將數(shù)據(jù)進行多線程并行處理，極大地提高了系統(tǒng)的工作效率，完成數(shù)據(jù)的處理、實時顯示、實時存儲等功能。上位機工作流程如圖2所示。

圖2 監(jiān)控軟件工作過程Fig 2 Working process of monitoring software

2 自動化檢測流水線設(shè)計

控制模塊對流水線上每個繼電器的動作加以控制，實現(xiàn)整個流水線的自動化和半自動化檢測。當(dāng)選取全自動控制模式時，可在無人監(jiān)控的情況下進行全套設(shè)備的自動運行、檢測、缺陷判斷和鋼管自動分類下線等操作。具體控制流程如圖3所示。

圖3 檢測與控制流程Fig 3 Flowchart of detection and control

3 數(shù)據(jù)處理

為了解決漏磁檢測的測量噪聲干擾問題，該系統(tǒng)采用均值平移小波閾值去噪法對測量信號進行濾波。傳統(tǒng)的小波閾值去噪法去噪的關(guān)鍵是閾值的選擇，它對去噪效果具有很重要的影響[6,7]。小波去噪進行閾值處理的方法一般有默認閾值去噪法、給定閾值去噪法、強制去噪法三種[8]。其中，強制去噪法將小波分解結(jié)構(gòu)中的高頻系數(shù)全部置0，即濾掉所有高頻部分，然后對信號進行小波重構(gòu)[9]。在閾值法的基礎(chǔ)上加以改進的均值平移小波去噪法不僅能有效地抑制偽吉布斯現(xiàn)象，而且能減小信號和估計信號之間的均方根誤差，是一種比閾值法更好的去噪方法。

為了改進去噪效果，本系統(tǒng)通過平移噪聲信號來改變不連續(xù)點的位置，對平移后的信號進行閾值法去噪處理，然后把去噪后的信號再進行相反的平移，便可以得到原信號的去噪信號。假設(shè)輸入的含噪信號為xi,i=0,1,…,n-1，Sh為對信號x在時域循環(huán)平移h的算子，即(Shx)i=x(i+h)mod，則得到的平移信號為Shx。用T表示小波閾值法對信號進行去噪處理，則去噪信號可表示為T(Shx)；對去噪后的信號再進行相反的循環(huán)平移h，可得最后的去噪信號S-h(T(Shx))。

在漏磁檢測中，橫向檢測法顯示的曲線相對平穩(wěn)，缺陷顯示明顯，經(jīng)過均值平移小波閾值去噪法處理后，相對較小的波動基本被去掉，只剩下明顯的缺陷圖形?？v向檢測法曲線的波動較大，經(jīng)過去噪處理后，能夠明顯看到曲線更為光滑，比較容易辨認鋼管缺陷?？偞磐z測法是噪聲最強烈的，這種檢測法由于流水線結(jié)構(gòu)的問題，受到了一個50 Hz固定頻率的干擾，經(jīng)過去噪后，50 Hz的噪聲已經(jīng)被去處，效果比較理想。圖4、圖5和圖6為均值平移小波閾值去噪法應(yīng)用在3種檢測方式中的效果。

圖5 縱向檢測效果對比Fig 5 Comparison of vertical detection effect

圖6 總磁通檢測效果對比Fig 6 Comparison of total flux detection effect

4 漏磁檢測監(jiān)控系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)

監(jiān)控軟件具有流水線檢測控制、儀器狀態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、圖形顯示、數(shù)據(jù)管理、歷史數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)對比等功能。橫向、縱向、總磁通3種檢測方式的圖形和檢測信息的顯示可以讓操作人員清晰地看到檢測數(shù)據(jù)和系統(tǒng)運行的情況，使檢測過程和檢測結(jié)果更加安全可靠。圖7為系統(tǒng)的監(jiān)控界面。

5 結(jié) 論

實驗證明：該漏磁檢測監(jiān)控系統(tǒng)達到各項設(shè)計要求，能夠在無人參與的條件下完成自動運行、檢測、缺陷判斷、報警和鋼管自動分類下線等操作并能給出缺陷的準(zhǔn)確位置。

圖7 監(jiān)控系統(tǒng)主界面Fig 7 Main interface of monitoring system

本文所述的鋼管漏磁檢測系統(tǒng)現(xiàn)已在大慶油田、新疆彩南油田和吉林油田的抽油管無損探傷中應(yīng)用。

[1] 林俊明.漏磁檢測技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀研究[J].無損探傷，2006，30(1)：1-5.

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[3] 宋 凱，康宜華，孫燕華，等.漏磁與渦流復(fù)合探傷時信號產(chǎn)生機理研究[J].機械工程學(xué)報，2009，45(7)：233-237.

[4] 李 健,崔劍雷,劉 棟.高清晰度漏磁管道內(nèi)檢測器主控系統(tǒng)的設(shè)計[J].傳感器與微系統(tǒng),2012,31(5):129-131.

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Design of steel pipe flaw detection monitoring system based on magnetic flux leakage detection*

LI Xiao-jie1,2,WANG Yi-guang3

(1.School of Automation,Harbin Engineering University,Harbin 150001,China;2.Harbin Jingda Measuring Instruments Co Ltd,Harbin 150078,China;3.Electronic Engineering College,Heilongjiang University,Harbin 150080,China)

Aiming at particularity of steel pipe magnetic flux leakage detection,a flaw detection system with interference filtering is designed and developed,signal receiving module with multi-serial port card is used for opening up multiple memory buffers,data can be analyzed and processes by multi-threads,the speed of data processing and instantaneity of detection are greatly improved.In this system,the magnetic flux leakage detection signal is processed by the method of mean-shift wavelet threshold denoising which can effectively reduce effect of measurement noise and eliminate the pseudo Gibbs phenomenon.The software of this system is implemented by Visual Studio C#,and unattended detection and control of automatic pipeline,steel pipe defect determination,alarm and analysis and processing can be achieved.Compared with traditional magnetic flux leakage testing monitoring software,the system has higher availability and reliability.

magnetic flux leakage testing;flaw detection monitoring;mean-shift wavelet denoising;multiple memory buffers;Visual Studio C#

10.13873/J.1000—9787(2016)11—0100—03

2016—09—22

黑龍江大學(xué)青年科學(xué)基金資助項目(QL201506)：黑龍江大學(xué)電子工程省高校重點實驗室開放基金資助項目(DZGC201607)

TG 115

B

1000—9787(2016)11—0100—03

李曉杰(1987-)，女，四川崇州人，碩士，助理工程師，從事精密儀器檢測工作。