Способ разрешения группы дефектов по топографии магнитного поля с восстановлением распределений магнитных полей отдельных дефектов в группе в ферромагнитном изделии

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и ферромагнитных изделий методами электромагнитной дефектоскопии. Способ разрешения группы дефектов по топографии магнитного поля с восстановлением распределений магнитных полей отдельных дефектов в группе в ферромагнитном изделии заключается в измерении магнитного поля над ферромагнитным изделием, при этом осуществляют двойное дифференцирование полученного распределения магнитного поля с последующей цифровой фильтрацией, выявляют локальные экстремумы, определяют по ним количество дефектов в группе и координаты расположения дефектов в группе, сравнивают полученное распределение магнитного поля группы дефектов с распределением магнитного поля теоретической модели и восстанавливают распределения магнитных полей отдельных дефектов сплошности в ферромагнитном изделии. Данное изобретение направлено на повышение надежности разрешения группы дефектов по топографии магнитного поля и точности восстановления распределений магнитных полей отдельных дефектов сплошности в ферромагнитном изделии. 2 ил.

Изобретения относятся к области неразрушающего контроля материалов и ферромагнитных изделий методами электромагнитной дефектоскопии и может быть использовано при исследовании действующих магистральных газонефтепроводов и других объектов в различных отраслях промышленности.

Известен способ разрешения группы дефектов сплошности по топографии магнитного поля.

Способ заключается в измерении х-составляющей магнитного поля над ферромагнитным изделием, выявлении в ней локальных экстремумов и оценке количества дефектов в их группе (см. Загидулин Р.В., Мужицкий В.Ф., Курозаев В.П. О разрешении дефектов сплошности по топографии магнитного поля // Дефектоскопия. - 2000. - 5. - С.46-56).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что указанный способ в силу своей специфики не позволяет зафиксировать локальные экстремумы при близком расположении дефектов сплошности в их группе и наличии значительных шумов при измерении магнитного поля.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков, принятым за прототип, является способ распознавания дефектов при магнитоферрозондовом контроле (см. Хватов Л.А., Лисицин В. И. , Красин А.И., Жукова Г.А. Распознавание дефектов при магнитоферрозондовом контроле // Дефектоскопия. - 1984. - 6. - С.63-71).

Этот способ заключается в измерении распределения магнитного поля группы дефектов ферромагнитного изделия, аппроксимации топографии данного магнитного поля через треугольники, изменении параметров треугольных сигналов и их суперпозиции с воспроизведением формы сигнала от магнитного поля группы дефектов. Магнитное поле группы дефектов над ферромагнитным изделием равно суперпозиции магнитных полей отдельных дефектов.

Однако данный способ применим только при разрешении группы дефектов по топографии магнитного поля, когда в нем имеются ярко выраженные локальные экстремумы. Восстановленные, по этому способу, распределения магнитных полей отдельных дефектов в виде треугольной формы отличаются от действительных и имеют значительную неконтролируемую погрешность.

Там же описано устройство для разрешения группы дефектов по топографии магнитного поля и восстановления распределений магнитных полей отдельных дефектов в группе в ферромагнитном изделии, наиболее близкое к предлагаемому. Это устройство содержит генератор, преобразователь, усилитель, детектор, аналого-цифровой преобразователь и блок логической обработки сигнала.

Это устройство по причинам, изложенным ранее при описании способа, работает при ограниченном расстоянии между дефектами.

Предлагаемыми изобретениями решается задача повышения надежности разрешения группы дефектов по топографии магнитного поля и точности восстановления распределений магнитных полей отдельных дефектов сплошности в ферромагнитном изделии.

Для получения такого технического результата в предлагаемом способе путем последовательных действий осуществляют измерение магнитного поля над ферромагнитным изделием, двойное дифференцирование полученного распределения магнитного поля с последующей цифровой фильтрацией каждого результата, выявляют локальные экстремумы, определяют по ним количество дефектов в группе и координаты их расположения, сравнивают полученное распределение магнитного поля группы дефектов с распределением магнитного поля теоретической модели и восстанавливают распределения магнитных полей отдельных дефектов сплошности в ферромагнитном изделии.

Отличительные признаки позволяют, учитывая особенности электромагнитной дефектоскопии, реально повысить надежность разрешения группы дефектов по топографии магнитного поля и точность восстановления распределений магнитных полей отдельных дефектов в ферромагнитном изделии, что позволяет достоверно учесть наличие степени опасности при эксплуатации объектов контроля.

Таким образом, каждый существенный признак сам по себе известен, но их совокупность представляет новизну качества, т.е. получено усовершенствование способа.

Для достижения названного технического результата предлагается устройство, которое, как и в прототипе, содержит генератор, преобразователь, усилитель, детектор, аналого-цифровой преобразователь (АЦП).

В отличие от известного предлагаемое устройство снабжено микропроцессором, выход которого через устройство ввода-вывода подключен к внешней ЭВМ, при этом микропроцессор дополнительно реализует функции блока логической обработки сигнала.

Описанная конструкция устройства позволяет измерить магнитное поле группы дефектов над ферромагнитным изделием с последующей обработкой полученного распределения магнитного поля в микропроцессоре по специальному алгоритму и передачей данных в ЭВМ, что повышает надежность разрешения группы дефектов и повышает точность восстановления распределений магнитных полей отдельных дефектов.

Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежами, на которых изображены: на фиг.1 - структурная схема устройства для осуществления предложенного способа; на фиг.2 - при зазоре z=3 мм: а) кривая распределения магнитного поля группы из 3-х дефектов над ферромагнитным изделием при неразрешении по топографии магнитного поля; б) график 2-ой производной магнитного поля группы дефектов при неразрешении по топографии магнитного поля.

Предлагаемый способ осуществляют в следующей последовательности. Измеряют магнитное поле группы дефектов над ферромагнитным изделием - Н_х ^э(х) и проводят двойное дифференцирование полученного распределения магнитного поля с последующей цифровой фильтрацией. По второй производной магнитного поля определяют количество локальных (экстремумов) (N) и находят координаты их расположения (x_k). Значение N соответствует количеству дефектов в группе, значения x_k - координатам расположения дефектов.

Магнитное поле группы дефектов моделируют системой углубленных линейных токов где J_k - плотность тока (для единицы площади), А; x_k - координата точки расположения тока; y_k - глубина залегания тока; H_k - магнитное поле k-го дефекта в группе.

Параметры J_k, х_k, у_k модели Н_x ^Т(х) определяют на основе минимизации сглаживающего функционала, состоящего из магнитного поля теоретической модели Н_x ^Т(х), экспериментально полученного магнитного поля Н_х ^э(х) и стабилизирующего функционала Ω(J,y):

Стабилизирующий функционал Ω(J,y) выражается суммой квадратов разности вторых производных экспериментально измеренного магнитного поля и теоретической модели магнитного поля.

где - вторая производная экспериментально измеренного магнитного поля;
- вторая производная теоретической модели магнитного поля;
М - число точек в измеренном магнитном поле;
γ - коэффициент регуляризации (подбирается экспериментально для уменьшения средней погрешности восстановления магнитных полей отдельных дефектов), м².

Минимизацию сглаживающего функционала проводят путем сравнения значений экспериментально полученного магнитного поля с магнитным полем теоретической модели.

Для восстановления распределений магнитных полей отдельных дефектов Н_k(х) оптимальные значения параметров теоретической модели J_k, х_k, у_k, которые соответствуют минимуму сглаживающего функционала F(Hx, J, у), подставляют в формулу определения магнитного поля углубленного линейного тока

k=1, 2, ..., N.

Полученные магнитные поля Н_k(х) описывают восстановленные распределения магнитных полей отдельных дефектов, входящих в состав группы дефектов в ферромагнитном изделии.

Повышение надежности разрешения группы дефектов по топографии магнитного поля и точности восстановления распределения магнитных полей отдельных дефектов обеспечивается за счет двойного дифференцирования полученного распределения магнитного поля группы дефектов с последующей цифровой фильтрацией каждого результата, выявления локальных экстремумов, определения по ним количества дефектов в группе и координат их расположения, сравнения полученного распределения магнитного поля группы дефектов с распределением магнитного поля теоретической модели.

Заявляемые способ и устройство при их осуществлении предназначены для использования в различных отраслях промышленности, а именно там, где необходим электромагнитный контроль при обследовании объектов контроля с повышенными требованиями к надежности, особенно при оценке остаточного ресурса. Для них в том виде, как они охарактеризованы и изложены в формуле изобретения, подтверждена возможность их осуществления.

Из уровня техники не известен механизм достижения результата, раскрытый в материалах заявки.

Пример 1
Преобразователь устанавливают на плоский образец.

В качестве плоского образца используют пластину размером 100х30х10 мм из стали 20. Плоский образец имеет искусственные дефекты в виде 3 рисок разной глубины - от 1,0 до 3,0 мм и шириной 0,15 мм с расстоянием между ними 3 мм.

Преобразователем осуществляют равномерное сканирование поверхности пластины с величиной зазора до 2 мм. Сигнал с выхода преобразователя через предлагаемое устройство поступает в ЭВМ, где создается файл данных, содержащий значения измеренных сигналов как группы дефектов, так и отдельных дефектов в группе. Обработка сигнала в микропроцессоре включает вычисление вторых производных, цифровую фильтрацию, поиск локальных экстремумов и их координат, а в случае, когда количество локальных экстремумов превышает единицу, то и минимизацию сглаживающего функционала, по результатам которой происходит восстановление распределений магнитных полей отдельных дефектов.

По результатам обработки измеренного магнитного поля с учетом изменения высоты расположения преобразователя над поверхностью образца и создания при этом вариантов разрешения и неразрешения группы дефектов по топографии магнитного поля установлено, что при погрешности измерения магнитного поля до 20% погрешность восстановления распределения полей отдельных дефектов составляет не более 10%.

Предлагаемое устройство для осуществления способа разрешения группы дефектов по топографии магнитного поля и восстановления распределений магнитных полей отдельных дефектов в группе в ферромагнитном изделии содержит (фиг. 1) последовательно соединенные генератор 1, преобразователь 2, усилитель 3, детектор 4, связанный через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5 с микропроцессором 6, выход которого через устройство 7 ввода-вывода подключен к внешней ЭВМ 8.

Устройство работает следующим образом. Генератор 1 синусоидального напряжения возбуждает преобразователь 2. Сигнал с выхода преобразователя 2 через усилитель 3 поступает на вход детектора 4. Выделенный на выходе детектора 4 сигнал подается па вход АЦП 5. Затем уже оцифрованный сигнал обрабатывается микропроцессором 6 и через устройство ввода-вывода 7 поступает на входы внешней ЭВМ 8.5

Формула изобретения

Способ разрешения группы дефектов по топографии магнитного поля с восстановлением распределений магнитных полей отдельных дефектов в группе в ферромагнитном изделии, включающий измерение магнитного поля над ферромагнитным изделием, отличающийся тем, что осуществляют двойное дифференцирование полученного распределения магнитного поля с последующей цифровой фильтрацией, выявляют локальные экстремумы, определяют по ним количество дефектов в группе и координаты расположения дефектов в группе, сравнивают полученное распределение магнитного поля группы дефектов с распределением магнитного поля теоретической модели и восстанавливают распределения магнитных полей отдельных дефектов сплошности в ферромагнитном изделии.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2