管道內(nèi)檢測(cè)器是一種集成了檢測(cè)、信息采集、處理、存儲(chǔ)等技術(shù)的裝置，其技術(shù)水平一定程度上代表了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平。目前，中國(guó)內(nèi)檢測(cè)技術(shù)在原理應(yīng)用、精度等方面與國(guó)外仍存在一定差距。針對(duì)中國(guó)管道環(huán)焊縫缺陷、類(lèi)裂紋缺陷以及針孔小缺陷檢測(cè)能力不足和識(shí)別率不高的難題，研發(fā)了新一代超高清亞毫米級(jí)管道漏磁內(nèi)檢測(cè)器。通過(guò)磁路仿真設(shè)計(jì)、探頭開(kāi)發(fā)、海量數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)，建立基于深度學(xué)習(xí)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，提高了超高清檢測(cè)技術(shù)的缺陷量化和識(shí)別能力，對(duì)推動(dòng)中國(guó)管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展與工業(yè)化意義重大。
關(guān)鍵技術(shù)：
磁路有限元數(shù)值仿真
以管徑323mm的管道為例，分別計(jì)算壁厚為6.4mm、8.0mm、9.5mm、10.3mm、12.7mm時(shí)管道外壁的漏磁場(chǎng)強(qiáng)度�；诖艌�(chǎng)分析的有限元仿真方法，建立超高清管道漏磁檢測(cè)系統(tǒng)的有限元仿真模型，計(jì)算出管壁外部2mm提離時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，為管道漏磁檢測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供參考。
亞毫米級(jí)間距探頭研制
成功研制出T字形亞毫米級(jí)間距霍爾探頭，實(shí)現(xiàn)單個(gè)探頭各通道間距達(dá)0.6mm。相較于現(xiàn)有技術(shù)的單排設(shè)計(jì)，此設(shè)計(jì)方式布置的探頭個(gè)數(shù)明顯增多，排布更加緊湊，相鄰兩個(gè)探頭的間隙達(dá)到最小，有助于檢測(cè)出管道內(nèi)部針孔型小缺陷，大幅度提高檢測(cè)精度。同時(shí)，相鄰的兩個(gè)探頭沿檢測(cè)器中心軸的徑向保留一定距離，保證檢測(cè)器在管道內(nèi)運(yùn)行時(shí)，探頭具有一定的活動(dòng)空間，減少因管道壁的擠壓對(duì)探測(cè)機(jī)構(gòu)造成的損壞。
數(shù)據(jù)分析軟件開(kāi)發(fā)與數(shù)據(jù)集構(gòu)建
01 數(shù)據(jù)采集
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件主要包含A/D采樣芯片、現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列、雙口RAM處理器緩存、ARM控制器、NANDFlash存儲(chǔ)器。對(duì)于不同類(lèi)型的檢測(cè)信號(hào)，其數(shù)據(jù)采集方式不同，非磁檢測(cè)信號(hào)的數(shù)據(jù)量小，經(jīng)信號(hào)調(diào)理后，直接送入ARM處理器模數(shù)轉(zhuǎn)換端口進(jìn)行采集，而漏磁檢測(cè)信號(hào)數(shù)據(jù)量大，主要由FPGA控制A/D轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)多路采集。
02 數(shù)據(jù)分析軟件開(kāi)發(fā)
對(duì)于超高清亞毫米級(jí)檢測(cè)技術(shù)，海量數(shù)據(jù)的讀取和分析是關(guān)鍵，開(kāi)發(fā)了一套數(shù)據(jù)分析軟件，實(shí)現(xiàn)漏磁數(shù)據(jù)、變形數(shù)據(jù)以及IMU數(shù)據(jù)的統(tǒng)一整合與分析。數(shù)據(jù)分析軟件采用統(tǒng)一基準(zhǔn)利用缺陷特征參數(shù)進(jìn)行缺陷長(zhǎng)度、寬度、深度的量化，可進(jìn)行管道缺陷特征自動(dòng)辨識(shí)和缺陷量化，同時(shí)具備靈活的統(tǒng)計(jì)、報(bào)表及輸出功能，生成三維管道缺陷點(diǎn)分布，輔助完成缺陷自動(dòng)化、智能化識(shí)別，并能實(shí)現(xiàn)缺陷等效尺寸的計(jì)算和臨界破壞壓力值的分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷點(diǎn)安全性的評(píng)估。
03 檢測(cè)數(shù)據(jù)比較
新一代超高清內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)與第4代三軸高清數(shù)據(jù)信號(hào)、第3代高清數(shù)據(jù)信號(hào)相比，在數(shù)據(jù)密集程度、缺陷像素質(zhì)量等方面獲得大幅提高。以323mm管道內(nèi)檢測(cè)器為例，第3代內(nèi)檢測(cè)器采用單軸傳感器布設(shè)，漏磁通道數(shù)量為80個(gè)，內(nèi)外部缺陷識(shí)別通道30個(gè)；第4代內(nèi)檢測(cè)器采用三軸模擬霍爾傳感器3.0~6.9mm布設(shè)，漏磁通道360個(gè)，IDOD通道30個(gè)，軸向采樣間距2mm；新一代超高清內(nèi)檢測(cè)器采用三軸亞毫米數(shù)字霍爾傳感器布設(shè)，漏磁通道768個(gè)，IDOD通道768個(gè)，軸向采樣間距1mm，總通道數(shù)1536個(gè)，數(shù)據(jù)顯示的密集度大幅增加。
04 管件高清數(shù)據(jù)庫(kù)建立
為了更好地識(shí)別管道附屬設(shè)施，建立了管件基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，表征信號(hào)特征，實(shí)現(xiàn)了管件特征的自動(dòng)識(shí)別與分析，提高了管件智能化識(shí)別判斷的準(zhǔn)確性。
05 缺陷數(shù)據(jù)庫(kù)建立
基于SQL Server建立關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，定期存儲(chǔ)海量管道內(nèi)檢測(cè)缺陷圖像，采用B/S的架構(gòu)模式，建立.NET框架和C#語(yǔ)言為開(kāi)發(fā)工具的交互界面，界面通過(guò).NET框架實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的交互，數(shù)據(jù)庫(kù)可設(shè)定缺陷類(lèi)型選項(xiàng)，基于聚類(lèi)算法實(shí)現(xiàn)顯示標(biāo)簽特征的缺陷數(shù)據(jù)集。
缺陷智能化識(shí)別
采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)管道缺陷當(dāng)量尺寸進(jìn)行量化分析，選擇有效的特征量作為BP網(wǎng)絡(luò)輸入層。以缺陷深度的量化為例，其漏磁信號(hào)特征量采用軸向分量的峰面積S1和峰值P1以及徑向分量的峰面積S2和峰值P2共4個(gè)特征量作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層，建立一個(gè)包含上述4個(gè)輸入單元的輸入層，包含8個(gè)單元的隱含層和包含缺陷深度1個(gè)輸出單元的輸出層的缺陷深度回歸預(yù)測(cè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
對(duì)比訓(xùn)練集、測(cè)試集的真實(shí)值與預(yù)測(cè)值可知：訓(xùn)練集與測(cè)試集的決定系數(shù)均為0.999，對(duì)于缺陷深度具有較好的預(yù)測(cè)；圖中真實(shí)值和預(yù)測(cè)值大部分重合度較高，預(yù)測(cè)值與真實(shí)值十分接近，證明此預(yù)測(cè)模型具有相當(dāng)高的可靠性。
工程應(yīng)用案例
2020年2月，新一代超高清亞毫米級(jí)管道內(nèi)檢測(cè)設(shè)備在中石化某輸油管道進(jìn)行了應(yīng)用。該管道全長(zhǎng)105.5km，常規(guī)壁厚6.4mm，管道直徑323mm，設(shè)計(jì)壓力9.5MPa。該設(shè)備擁有雙通道，三軸主、副探頭共1536個(gè)檢測(cè)通道，探頭通道數(shù)量是第4代設(shè)備的5~6倍；探頭間距為0.6mm，軸向采樣間距為1mm，可精準(zhǔn)描述管道焊縫缺陷，對(duì)于針眼小孔腐蝕的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)具有重要意義。
通過(guò)檢測(cè)和開(kāi)挖驗(yàn)證，可清晰地判斷出環(huán)焊縫缺陷的異常等級(jí)和焊縫缺陷類(lèi)別。開(kāi)挖驗(yàn)證缺陷為焊縫邊緣余高未填滿(mǎn)，同時(shí)可以檢測(cè)出針孔缺陷，以及其他特征（如凹陷等），缺陷檢測(cè)與識(shí)別精度大幅提高。
通過(guò)開(kāi)挖驗(yàn)證比較分析，檢測(cè)器的性能指標(biāo)與開(kāi)挖驗(yàn)證檢測(cè)技術(shù)指標(biāo)吻合，此次檢測(cè)可信度達(dá)到90%，優(yōu)于80%的預(yù)定指標(biāo)；可檢測(cè)率達(dá)到95%以上，優(yōu)于90%的預(yù)定指標(biāo)；缺陷識(shí)別率達(dá)到98%以上，優(yōu)于90%的檢測(cè)指標(biāo)。
結(jié)論與建議
1.突破了超高清漏磁亞毫米級(jí)探頭間距難題，將探頭通道數(shù)量增加了5~6倍，采集數(shù)據(jù)量增加15倍，實(shí)現(xiàn)亞毫米級(jí)通道間距的海量數(shù)據(jù)采集，基本做到缺陷的精細(xì)化描述，解決了油氣管道針眼小面積深度腐蝕的難題。
2.形成了管道超高清漏磁檢測(cè)、變形檢測(cè)、位置檢測(cè)三位一體的復(fù)合檢測(cè)技術(shù)，并在同一時(shí)間軸上進(jìn)行對(duì)齊和分析，定位更加準(zhǔn)確，可以準(zhǔn)確描述幾何變形、金屬損失的復(fù)合缺陷。
3.突破了管道厚壁管磁化的檢測(cè)難題，將磁場(chǎng)強(qiáng)度提高到了原來(lái)的2~3倍，初步實(shí)現(xiàn)了管道小缺陷和環(huán)焊縫缺陷的精準(zhǔn)檢測(cè)；突破了基于海量數(shù)據(jù)的綜合分析技術(shù)，大大增強(qiáng)焊縫的可識(shí)別性；通過(guò)與開(kāi)挖數(shù)據(jù)比對(duì)分析，大幅提高焊縫未焊透、未熔合、開(kāi)口裂紋等缺陷的識(shí)別精準(zhǔn)度，基本實(shí)現(xiàn)焊縫的量化評(píng)價(jià)。
4.開(kāi)發(fā)了基于深度學(xué)習(xí)的智能化內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析軟件，建立深度學(xué)習(xí)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，實(shí)現(xiàn)了缺陷一體化、智能化識(shí)別，提高了小孔腐蝕的可檢測(cè)能力，可有效識(shí)別面積小于1A×1A的缺陷，初步解決了當(dāng)前三軸高清漏磁內(nèi)檢測(cè)器針對(duì)小孔腐蝕缺陷和環(huán)焊縫缺陷無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確描述和量化的突出問(wèn)題。
5.不斷豐富超高清數(shù)據(jù)庫(kù)的缺陷數(shù)量，提高軟件智能化分析識(shí)別能力，在環(huán)焊縫量化評(píng)價(jià)上進(jìn)一步提高精度。加大管道內(nèi)檢測(cè)新技術(shù)的研發(fā)，針對(duì)現(xiàn)有漏磁場(chǎng)不能檢測(cè)的小滲漏、小孔泄漏等，采用聲磁融合理論，開(kāi)展新型內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的研究。
素材來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系刪除。
網(wǎng)址：www.cscottphotography.com
掃碼微信直接咨詢(xún)
