FSM缺陷数据可视化及人机界面研究

发布时间：2019-08-26 10:00

【摘要】：随着国家工业的不断发展，大型钢结构在国民经济建设中占据越来越重要的位置。各种大型钢结构如海上采油设施、舰船船体、海上平台以及输油输气管道等，由于长期处于海洋、土壤复杂环境下，必然会产生不同程度和类型的缺陷，影响其力学性能，进而影响它的安全运行，成为重大安全事故隐患。因此，对钢结构的缺陷状况进行检测、跟踪并分析，不仅是安全检测的重要部分，而且是获取安全信息的重要手段，同时可以进一步为钢结构的安全评价和可靠性分析提供原始数据及理论指导，具有较大的理论意义和应用价值。 FSM（Field Signature Method，即电场特征检测法），，是20世纪90年代兴起的一种新型无损检测技术。由于其灵敏度高，检测方便以及非侵入测量等特点，在钢结构的缺陷监测领域具有独特的优势。本论文主要对基于FSM的缺陷检测系统进行了设计，系统包括硬件部分和软件部分。硬件部分主要包括电源模块、电极模块和数据采集模块，软件部分包括数据的分析、数据可视化及数据界面显示。为了研究两种典型缺陷孔形缺陷和裂纹缺陷的电场特征信号，人工设计了缺陷类型、尺寸和布置，设计了测量区域的电极阵列，采集了电极间的电压信号。为了定量描述缺陷和电场特征信号的对应关系，引入了FC系数。本文主要分析了缺陷深度变化对FC值的影响，并对实际应用中出现的牵扯效应进行了研究。本文应用BP神经网络，对裂纹缺陷的深度进行了识别，并对训练的神经网络进行了实际验证，根据可视化软件显示的图形和数据查询结果，表明该神经网络的精度较高，可实际应用于裂纹深度检测中。
【图文】：

管道,夹套,通讯模块,数据采集模块

国外的很多专家学者也对 FSM 作了技术分析和应用改进。Brian Han在他的专利中，提出了用电极夹套代替传统的焊接技术，并对电极夹套进行了设计，实现电极矩阵的可取卸功能[4-5]。挪威的 Harald Horn 等人主要对 FSM 技术在海底管线监测领域的应用作了研究，他认为海底 FSM 监测系统主要包括：FSM 数据采集模块，接口模块，通讯模块和电池模块；水下到海上平台通讯方式有电缆通讯和水声无线通讯两种，平台到陆地通过卫星传输；电池模块主要给数据采集模块和通讯模块供电[6]。马来西亚石油公司的 Mohd Nazmi Bin Mohd Ali Napiah 在他的文章中对检测管道内缺陷的两种方法 EFM 和 FSM 的实际应用进行了比较，并得出结论：与传统的挂片法和ER 探针法相比，FSM 能够有效的检测被测物体本身的壁厚减薄情况[7]。Study oApplication of Field Signature Method (FSM) to Fatigue Crack Monitoring on SteBridges 这篇论文最先介绍了 FSM 在钢结构桥梁检测的应用[8]。图 1-1 所示了 FSM 在海底管道的监测的应用。

系数公式

图 2-3 FC 系数公式推导Fig2-3 FC coefficient formula derivation schematic 可以看出，电极对 A 在 i 时刻的指纹系数AiFC 只和壁厚，FC 值可以反映金属的缺陷情况。并且在初始 0 时刻产生，h 增大，指纹系数 FC 值随之增大，因为缺陷是可能为负。在上述分析中，假定参考电极对间电压不变产生缺陷的部位。与参考板系数是如何描述测量电极对对应位置的缺陷程度时，电阻率受温度的影响，为了补偿温度变化对测量电压的测电极（图 2-3 的电极对 A）在不同时刻电压值的比极对 B）在不同时刻的电压值的比值相比，实现了一定
【学位授予单位】：中国石油大学（华东）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG115.28;TU391

【参考文献】