电涡流加热式管道缺陷红外成像检测技术研究

发布时间：2017-05-05 22:17

  本文关键词：电涡流加热式管道缺陷红外成像检测技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：输送油气介质的埋地管道多为钢结构管道,由于腐蚀、老化或者遭遇破坏等原因会引起介质泄漏事故,因此埋地油气管道在运行过程中,除了需要根据人工经验定期检查,还需要实时在线检查,对管道已泄露或可能发生泄露的危险区域进行及时的定位、补修,确保埋地管道的安全运行。考虑到机器人的灵活性及不受环境制约,采用管道检测机器人携带检测装置进入管道内完成实时在线检测是一种快速有效的方式,但目前可被机器人携带进入管道、能与机器人配套使用的管道内部缺陷检测技术与装备还非常缺乏。查阅和掌握大量管道无损检测相关文献和资料,分析了各种检测方法的优缺点及适用性,通过综合对比分析,确定了较为适合与管道机器人结合的移动式检测方法。通过ANSYS仿真分析,验证了电涡流加热与红外热成像检测技术相结合的可行性,讨论了电流频率、电流密度、提离高度对钢板表面加热效果的影响,为电涡流加热装置的加热参数选择提供依据。设计了电涡流加热装置,为红外热成像技术试验做准备。试验部分介绍了试验时所需的辅助设备,讨论了加载到线圈两端的电流频率、电流密度及线圈与被测试件之间的提离高度对钢板加热效果的影响,设计了试验所需钢板上的缺陷类型、尺寸,分别对每块试件涡流加热并采集其热图像。在图像处理部分,使用图像处理技术分析了热图像上缺陷的类型、面积大小、相对位置及深度信息,并在讨论缺陷面积时,提出了图像对准装置及缺陷大小标定方法。随着管道运输业的不断发展,同时带来的一些安全问题日益突出,管道无损检测技术也更加具有意义,一方面可以降低由于管道泄漏造成的事故率,另一方面可以延长管道的服役时间,带来一定的经济效益。
【关键词】：红外热成像检测技术 ANSYS仿真 电涡流加热装置 图像处理技术
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE973;TP391.41
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 管道无损检测技术的研究现状12-16
• 1.2.1 漏磁检测技术12
• 1.2.2 超声波检测技术12-13
• 1.2.3 脉冲涡流检测技术13
• 1.2.4 红外热成像检测技术13-14
• 1.2.5 红外热成像检测技术研究现状14-15
• 1.2.6 主动加热方法比较15-16
• 1.3 本课题研究方法提出16
• 1.4 本文的章节安排16-17
• 1.5 本章小结17-19
• 第二章 电磁-热耦合有限元分析19-33
• 2.1 电磁场的有限元分析19-20
• 2.1.1 麦克斯韦方程组19-20
• 2.1.2 电磁场的边界条件20
• 2.1.3 电磁场的有限元分析20
• 2.2 温度场的有限元分析20-23
• 2.2.1 感应加热温度场数学模型21-22
• 2.2.2 ANSYS软件中的热分析22-23
• 2.3 电磁-热耦合有限元分析23-27
• 2.3.1 有限元软件简介23
• 2.3.2 ANSYS仿真23-27
• 2.4 仿真结果及分析27-32
• 2.4.1 电流频率对加热效果的影响27-29
• 2.4.2 电流密度对加热效果的影响29-30
• 2.4.3 提离高度对加热效果的影响30-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 电涡流加热装置设计33-47
• 3.1 电磁激励感应加热机理研究33-35
• 3.1.1 电磁感应加热原理33-34
• 3.1.2 集肤效应与透入深度34-35
• 3.2 电磁感应加热中能量的损失35-37
• 3.3 电涡流加热装置的设计37-45
• 3.3.1 电涡流加热装置整体设计37-38
• 3.3.2 谐振参数选择与控制38-39
• 3.3.3 功率转换与驱动电路的设计39-42
• 3.3.4 电源模块的设计42-43
• 3.3.5 控制器与USB通信模块的设计43-44
• 3.3.6 上位机的设计44-45
• 3.3.7 软件控制及实现45
• 3.4 本章小结45-47
• 第四章 红外成像技术试验47-63
• 4.1 基本辐射知识47-49
• 4.1.1 红外光谱47-48
• 4.1.2 黑体辐射48-49
• 4.2 试验辅助设备49-54
• 4.2.1 红外热像仪49-50
• 4.2.2 红外测温仪50-52
• 4.2.3 热图像分析软件52
• 4.2.4 线圈夹持升降架52-53
• 4.2.5 暗箱53-54
• 4.3 试验参数设计54-59
• 4.3.1 电涡流装置电流频率的讨论54-55
• 4.3.2 电涡流装置电流大小的讨论55-56
• 4.3.3 电涡流装置提离高度的讨论56-57
• 4.3.4 缺陷定量尺寸设计57-59
• 4.4 具体试验步骤59-60
• 4.5 本章小结60-63
• 第五章 红外热图像处理63-81
• 5.1 缺陷定量分析63
• 5.2 热图像处理63-67
• 5.2.1 图像增强63-66
• 5.2.2 图像缺陷边缘检测66-67
• 5.2.3 图像分割67
• 5.3 缺陷形状识别67-70
• 5.4 热图像中缺陷面积大小的计算70-73
• 5.5 热图像中缺陷位置的确定73-74
• 5.6 热图像中缺陷深度的计算74-77
• 5.7 试验验证77-80
• 5.8 本章小结80-81
• 第六章 总结与展望81-85
• 6.1 研究工作总结81-82
• 6.2 本文的主要贡献和创新82
• 6.3 存在的不足及后续研究展望82-85
• 致谢85-87
• 参考文献87-91
• 附录A：本人在攻读硕士学位期间的科研情况91

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