CN105403618B - 埋地管道缺陷磁法检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种埋地管道缺陷磁法检测方法，它通过设置在埋地管道上方的磁场梯度检测装置，沿埋地管道的方向移动来检测埋地管道上方的磁场梯度变化值，并根据变化值做磁场梯度曲线，并进行数据分析，来判断埋地管道的缺陷。本发明是针对磁场梯度的检测来判断埋地管道是否有缺陷，并且根据磁场梯度的值来制作曲线图，可以根据曲线图直观地判断埋地管道的缺陷的位置、长度以及缺陷程度，检测更加准确，而且结果显示更加直观。
Description
技术领域
本发明涉及管道检测技术领域，具体讲是一种埋地管道缺陷磁法检测方法。
背景技术
目前，检测埋地管道缺陷的主要工作流程仍然是：开挖、剥去防腐(保温)层、检测、包覆、回填，显然这是一种破坏性检测方法，而且检测数据的代表性以及评估结论的可靠性受开挖(抽样)点数及其分布范围的影响。因此，埋地管道在不开挖、不停输的状态下进行检测成为一个值得深入探讨的问题。
现有技术中存在多种无损检测的方法，包括超声检测法、涡流检测法、射线检测法。超声检测是利用超声波与物体的相互作用所提供的信息来实现的，声波能在金属中传播，这种方法的不足之处是超声波在空气中衰减很快，检测时一般要有声波的传播介质，如油或水等耦合剂，不适用于埋地管道的检测。
射线检测法是利用电离辐射与物质间相互作用所产生的物理效应（如辐射强度的变化、散射等）以探测工件内部不连续、结构或厚度等的无损检测方法。同样不适用于埋地管道的检测。
涡流检测法是靠电磁感应原理工作的，所以涡流检测法可以检测工件的表面缺陷与近表面缺陷。涡流检测法的显著特点是对导电材料起作用，而不一定是铁磁材料，但对铁磁材料的效果较差。其次，待探工件表面的光洁度、平整度、边介等对涡流都有较大影响，因此常将涡流检测法用于形状较规则、表面较光洁的铜管等非铁磁性工件探伤。如果埋地管道为铁磁性管道，那么涡流检测法则无法实现，并且涡流检测法也需要激励源，仍然需要开挖才能够检测埋地管道。
目前公开号为CN102095080A的发明专利申请公开了一种埋地管道非开挖磁法检测方法，它的原理是利用经过地磁场磁化的埋地管道本身所具有的磁性作为励磁源，利用磁场强度的分辨率为1nT的磁通门传感器测出底面以上的磁场强度和衰减量，同时对检测结果进行向下延拓，然后利用数据处理对管道质量进行检测。但是该文件中并没有具体公开如何检测埋地管道的缺陷，而且也无法判断埋地管道的缺陷位置，以及缺陷大小。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服了现有技术的缺陷，提供了一种能够准确判断缺陷位置和缺陷大小的埋地管道缺陷磁法检测方法。
为解决上述技术问题，本发明提出一种埋地管道缺陷磁法检测方法，它包括以下步骤：
（1）、通过磁场梯度检测装置在埋地管道的上方沿管道方向匀速移动并实时检测磁场强度，得出磁场强度在三维坐标系中的三个基准方向的三个分量（Hx，Hy，Hz）分别在坐标系的三个方向（x,y,z）的变化率，构成磁梯度矩阵，共包括9个要素，记为G，表示如下：
由于在无源空间中，磁场强度的散度和旋度为0， 即
因此，该矩阵中的9个元素中，只需要得到5个相互独立的元素的值就可以计算出该矩阵中的全部元素的值；
（2）、根据磁场梯度检测装置所检测的值，计算磁场梯度检测装置在移动中的某点的磁场梯度矩阵中的9个元素中的5个元素的值，并绘制出这5个元素的值随着距离的变化而变化生成的曲线，由于是5个独立的元素，因此得到5条曲线；
（3）、对5条曲线各自做差分处理，并设置每条曲线的上下缺陷阈值线，所述缺陷阈值线的计算方法为，做了差分后的曲线的纵向的均值加减n倍的方差，1< n<5，超出缺陷阈值线的部分设为异常区；
（4）、将上述5条曲线的异常区进行整合：将轴向位置相同的磁异常合并，取其最大值，将轴向位置不同的磁异常保留，然后对磁异常幅值判断，当异常变化小于背景场时，则滤去该异常，当异常变化大于背景场时，则保留该异常。将以上5个独立分量整合到1个轴向位置，得到一幅图；
（5）、根据整合后保留的异常特征：磁异常起始和终点位置以及磁异常幅值，判定缺陷的位置、长度和缺陷程度，并得出最终缺陷显示结果，缺陷的位置根据横坐标确定，缺陷的长度根据异常的横向长度来确定，缺陷程度根据异常特征的幅度来确定。
采用上述方法后，本发明相对于现有技术具有以下优点，本发明是针对磁场梯度的检测来判断埋地管道是否有缺陷，并且根据磁场梯度的值来制作曲线图，可以根据曲线图直观地判断埋地管道的缺陷的位置、长度以及缺陷程度，检测更加准确，而且结果显示更加直观。
所述步骤（1）中的磁场梯度检测装置为在一个平面上呈十字布置的4个三分量测磁传感器，通过检测4个三分量测磁传感器中每个测磁传感器中的三个方向的磁感应强度值计算十字中心位置的磁场梯度，从而测得十字中心位置的磁场梯度矩阵。采用这种方式测得的磁场梯度值会更加准确。
所述步骤（1）中，磁场梯度检测通过设置一个架子放置在埋地管道的上方，架子上设有滑动轨道，磁场梯度检测装置通过滑块滑动连接在滑动轨道上，在检测磁场梯度时，架子放置不动，磁场梯度检测装置在滑动轨道上匀速滑动，来检测磁场梯度，当架子所处的位置的磁场梯度检测完成之后，再移动架子的位置开始下一次磁场梯度检测。采用这种方式，检测磁场梯度时能够最大限度地消除人来控制移动造成的移动轨道晃动或者移动速度不一致的问题，使得外界的干扰最小，检测的结果更加准确。
所述步骤（4）中，所述背景场是空采时所得到的5条曲线进行差分处理后得到的图像，所述空采是指在埋地管道周围，非管道检测范围内的区域，移动探头检测磁场梯度，所述异常变化小于背景场是指异常的幅度值小于背景场的最大幅度值，所述异常变化大于背景场是指异常的幅度值大于背景场的最大幅度值。为了防止检测环境的磁场环境干扰，采用这种方法可以过滤干扰，达到最好的检测效果。
附图说明
图1为本发明步骤2中得出5条曲线的示意图；
图2为本发明步骤3中针对一条曲线进行差分处理后得到的图形；
图3为本发明中异常区的图像示意图；
图4为本发明中异常区整合后的图像示意图；
图5为根据异常区整合后的图像示意图制作的缺陷示意图；
图6为本发明采用的一种磁场梯度检测装置的结构示意图；
图7为本发明采用的架子的结构示意图；
如图所示：1、架子，2、滑动轨道，3、磁场梯度检测装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
如图1所示，本发明提出一种埋地管道缺陷磁法检测方法，它包括以下步骤：
（1）、通过磁场梯度检测装置在埋地管道的上方沿管道方向匀速移动并实时检测磁场强度，得出磁场强度在三维坐标系中的三个基准方向的三个分量（Hx，Hy，Hz）分别在坐标系的三个方向（x,y,z）的变化率，构成磁梯度矩阵，共包括9个要素，记为G，表示如下：
由于在无源空间中，磁场强度的散度和旋度为0， 即
因此，该矩阵中的9个元素中，只需要得到5个相互独立的元素的值就可以计算出该矩阵中的全部元素的值；当然在实际应用中，也可以选择6个、7个、8个甚至全部9个元素的值来进行检测，但是只需要测量出5个值就可以得到其它值，因此这些均在本申请保护范围之内。
本实施例中采用呈十字型布置的四个测磁传感器的磁场梯度测量装置来检测磁场梯度，每个测磁传感器均为三分量测磁传感器，四个测磁传感器的布置如图6所示，在一个平面内，B0和B2对称设置，B1和B3对称设置，B0到中心的距离、B2到中心的距离、B1到中心的距离以及B3到中心的距离均相同，当然在实际应用中只要B0和B2对称设置，B1和B3对称设置即可，B0到B2之间的距离也可以和B1到B3之间的距离不相同，设置的相同是为了方便磁场梯度的计算。那么得到中心点的磁场梯度矩阵为
上述公式中△x为分别为B1与B3之间的距离，△z为B0与B2之间的距离，B1x为B1传感器测得的x方向的磁场强度分量，B3x为B3传感器测得的x方向的磁场强度分量，B1y为B1传感器测得的y方向的磁场强度分量，B3y为B3传感器测得的y方向的磁场强度分量，依次类推。通过测量可以得到磁场梯度矩阵G的9个元素的值，但是在实际应用中，由于还满足，因此只需要得到5个元素的值就可以，从这9个元素中随机选择5个元素，然后绘制出磁场梯度测量装置移动时，这5个元素变化的曲线，如图1所示。
（2）、根据磁场梯度检测装置所检测的值，计算磁场梯度检测装置在移动中的某点的磁场梯度矩阵中的9个元素中的5个元素的值，并绘制出这5个元素的值随着距离的变化而变化生成的曲线，由于是5个独立的元素，因此得到5条曲线；
（3）、对5条曲线各自做差分处理，并设置每条曲线的上下缺陷阈值线，图2为其中一条曲线做差分处理后得到的图像，在该图像中设置上下缺陷阈值线，所述缺陷阈值线的计算方法为，做了差分后的曲线的纵向的均值加减n倍的方差，1< n<5，超出缺陷阈值线的部分设为异常区，图3为异常区的图像示意图；本实施例中n=3。
（4）、将做了差分处理之后的5条曲线的异常区进行整合：将轴向位置相同的磁异常合并，取其最大值，将轴向位置不同的磁异常保留，然后对磁异常幅值判断，当异常变化小于背景场时（即空采数据），则滤去该异常，当异常变化大于背景场时（即空采数据），则保留该异常，将以上5个独立分量整合到1个轴向位置，得到一幅图像，图4为异常区整合后的图像示意图；
所述步骤（4）中，所述背景场是空采时所得到的5条曲线进行差分处理后得到的图像，所述空采是指在埋地管道周围，非管道检测范围内的区域，移动探头检测磁场梯度，所述异常变化小于背景场是指异常的幅度值小于背景场的最大幅度值，所述异常变化大于背景场是指异常的幅度值大于背景场的最大幅度值。（5）、根据整合后保留的异常特征：磁异常起始和终点位置以及磁异常幅值，判定缺陷的位置、长度和缺陷程度，并得出最终缺陷显示结果，缺陷的位置根据横坐标确定，缺陷的长度根据异常的横向长度来确定，缺陷程度根据异常特征的幅度来确定，图5为制作后的缺陷示意图。
从图5中就可以直观的看出缺陷的位置、长度以及缺陷程度。这种直观的表示可以方便用户针对缺陷来进行施工。
采用上述方法后，本发明相对于现有技术具有以下优点，本发明是针对磁场梯度的检测来判断埋地管道是否有缺陷，并且根据磁场梯度的值来制作曲线图，可以根据曲线图直观地判断埋地管道的缺陷的位置、长度以及缺陷程度，检测更加准确，而且结果显示更加直观。
如图6、图7所示，所述步骤（1）中的磁场梯度检测装置为在一个平面上呈十字布置的4个三分量测磁传感器，通过检测4个三分量测磁传感器中每个测磁传感器中的三个方向的磁感应强度值计算十字中心位置的磁场梯度，从而测得十字中心位置的磁场梯度矩阵。采用这种方式测得的磁场梯度值会更加准确。
如图7所示，所述步骤（1）中，磁场梯度检测通过设置一个架子1放置在埋地管道的上方，架子1上设有滑动轨道2，磁场梯度检测装置3通过滑块滑动连接在滑动轨道2上，在检测磁场梯度时，架子1放置不动，磁场梯度检测装置3在滑动轨道2上匀速滑动，来检测磁场梯度，所述磁场梯度检测装置3在滑动轨道2上匀速滑动，可以采用人力、气压、液压等任意控制物体在滑轨上匀速移动的方式，当架子1所处的位置的磁场梯度检测完成之后，再移动架子1的位置开始下一次磁场梯度检测。采用这种方式，检测磁场梯度时能够最大限度地消除人来控制移动造成的移动轨道晃动或者移动速度不一致的问题，使得外界的干扰最小，检测的结果更加准确。
本发明中所述的磁场梯度检测装置并非是只采用实施例中所述的一种磁场梯度检测装置，只要是利用能够检测出磁场梯度矩阵的任意磁场梯度测量装置并且采用本发明所述方法的均应在本发明保护范围之内。
Claims (6)
1.一种埋地管道缺陷磁法检测方法，它包括以下步骤：
(1)、通过磁场梯度检测装置在埋地管道的上方沿管道方向匀速移动并实时检测磁场强度，得出磁场强度在三维坐标系中的三个基准方向的三个分量(Hx，Hy，Hz)分别在坐标系的三个方向(x,y,z)的变化率，构成磁梯度矩阵，共包括9个元素，记为G，表示如下：
由于在无源空间中，磁场强度的散度和旋度为0，即：因此，该矩阵中的9个元素中，只需要得到5个相互独立的元素的值就可以计算出该矩阵中的全部元素的值；
(2)、根据磁场梯度检测装置所检测的值，计算磁场梯度检测装置在移动中的某点的磁场梯度矩阵中的9个元素中的5个元素的值，并绘制出这5个元素的值随着距离的变化而变化生成的曲线，由于是5个独立的元素，因此得到5条曲线；
(3)、对5条曲线各自做差分处理，并设置每条曲线的上下缺陷阈值线，所述缺陷阈值线的计算方法为，做了差分处理后的曲线的纵向的均值加减n倍的方差，1<n<5，超出缺陷阈值线的部分设为异常区；
(4)、将做了差分处理之后的5条曲线的异常区进行整合：将轴向位置相同的磁异常合并，取其最大值，将轴向位置不同的磁异常保留，然后对磁异常幅值判断，当异常变化小于背景场时，则滤去该异常，当异常变化大于背景场时，则保留该异常，将以上5个独立分量整合到1个轴向位置，得到一幅图；
(5)、根据整合后保留的异常特征：磁异常起始和终点位置以及磁异常幅值，判定缺陷的位置、长度和缺陷程度，并得出最终缺陷显示结果，缺陷的位置根据横坐标确定，缺陷的长度根据异常的横向长度来确定，缺陷程度根据异常特征的幅度来确定。
2.根据权利要求1所述的埋地管道缺陷磁法检测方法，其特征在于：所述步骤(1)中的磁场梯度检测装置为在一个平面上呈十字布置的4个三分量测磁传感器，通过检测4个三分量测磁传感器中每个测磁传感器中的三个方向的磁感应强度值计算十字中心位置的磁场梯度，从而测得十字中心位置的磁场梯度矩阵。
3.根据权利要求1所述的埋地管道缺陷磁法检测方法，其特征在于：所述步骤(1)中，磁场梯度检测通过设置一个架子放置在埋地管道的上方，架子上设有滑动轨道，磁场梯度检测装置通过滑块滑动连接在滑动轨道上，在检测磁场梯度时，架子放置不动，磁场梯度检测装置在滑动轨道上匀速滑动，来检测磁场梯度，当架子所处的位置的磁场梯度检测完成之后，再移动架子的位置开始下一次磁场梯度检测。
4.根据权利要求2所述的埋地管道缺陷磁法检测方法，其特征在于：所述呈十字布置的4个三分量测磁传感器中，相互对面设置的两个三分量测磁传感器到十字中心的距离相同。
5.根据权利要求4所述的埋地管道缺陷磁法检测方法，其特征在于：所述4个三分量测磁传感器到十字中心的距离均相同。
6.根据权利要求1所述的埋地管道缺陷磁法检测方法，其特征在于：所述步骤(4)中，所述背景场是空采时所得到的5条曲线进行差分处理后得到的图像，所述空采是指在埋地管道周围，非管道检测范围内的区域，移动探头检测磁场梯度，所述异常变化小于背景场是指异常的幅度值小于背景场的最大幅度值，所述异常变化大于背景场是指异常的幅度值大于背景场的最大幅度值。
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