本项目旨在探讨利用脉冲涡流技术对带包覆层大厚壁管道检测的理论与方法。 首先将带包覆层管道看作四层平板结构，以谐波涡流场解析模型为基础，并运用快速傅里叶变换法，建立了脉冲涡流探头感应电压的时域解析模型，并开发了相应的计算软件，可用于求解任何形式的周期性激励下的探头响应。基于此，分析了占空比和边沿时间对激励频谱分布的影响，并研究了其对检测信号的影响，为大壁厚管道脉冲涡流检测时激励参数的选取提供了参考依据。然后在详细分析解析模型中积分变量量纲的基础上，从解析表达式中提取出入射场分布函数的表达式，提出了基于入射场分布特性的脉冲涡流探头优化方法，较好地解决了探头轴向磁场分布范围与横向分辨率之间的矛盾。此外，还提出了一种基于磁约束的脉冲涡流检测方法，提高了检测灵敏度和空间分辨率。其次从工程应用出发，针对带铁磁保护层管道检测时仪器性能下降的问题，分析了保护层对瞬变磁场的屏蔽效应，提出了饱和磁化脉冲涡流检测方法，通过将探头下方的铁磁性保护层磁化至饱和状态，降低该保护层的磁导率，最大限度地削弱磁场屏蔽影响。对比实验表明，探头性能提高显著。最后，提出了一种基于双对数域中值滤波的信号预处理方法，在信号失真较小的前提下极大抑制了噪声干扰。进一步，提出了基于脉冲涡流差分信号峰值时间、基于累积积分-拟合-微分及基于信号斜率的三种信号反演方法；同时利用典型的脉冲涡流信号与实Laplace小波波形的相似性采用实Laplace 小波对检测信号进行分析，进一步深化了脉冲涡流检测系统的特性研究。 本项目丰富了带包覆层厚壁管道检测的理论研究，全面深化了脉冲涡流检测技术应用于带包覆层管道的研究。本项目申请发明专利3项，获得计算机软件著作登记权1项，发表论文9 篇，其中三大索引收录7篇，培养研究生4名。同时也为国家标准《GB/T 28705-2012 无损检测 脉冲涡流检测方法》的编制提供了重要理论支持，有利于脉冲涡流检测技术的推广应用。 2100433B

随着超（超）临界机组技术、核电技术、石油化工与新能源的快速发展，带包覆层大壁厚管道的应用越来越广泛。为了保障设备运行的高可靠性，环保高效的带包覆层大壁厚管道不停机检测方法需求急迫，而现有的无损检测技术不能很好地解决大壁厚、带导磁保护层、铁磁性的管道检测问题。在此背景下，本项目将研究针对带导磁保护层大壁厚铁磁性管道腐蚀的脉冲涡流检测理论与方法，主要内容包括建立导磁材料脉冲涡流检测探头感应电压解析模型、增强管壁中涡流强度的激励方法、集中管壁中涡流分布区域的聚焦方法、削弱铁磁性保护层对检测信号影响的方法、基于全波形的信号处理方法等。本项目的研究成果将为提高带包覆层大厚壁管道腐蚀的检测精度提供理论支持，在超（超）临界机组、核电站等设备的无损检测中具有广阔的应用前景。

目录

前言

第1章 绪论 1

1.1 概述 1

1.2 脉冲涡流无损检测技术研究现状 2

1.2.1 脉冲涡流检测应用研究现状 2

1.2.2 脉冲涡流检测理论研究现状 4

1.2.3 传感器研究现状 6

1.2.4 检测信号降噪与特征提取研究现状 7

1.2.5 缺陷定量化研究现状 9

1.3 本书主要内容及重点 11

1.4 本章小结 12

参考文献 12

第2章 脉冲涡流检测理论基础 17

2.1 概述 17

2.2 涡流效应及电磁场基本理论 17

2.3 脉冲涡流检测原理 20

2.4 脉冲涡流的趋肤效应 21

2.5 差分传感器检测信号特征分析 24

2.6 本章小结 26

参考文献 26

第3章 脉冲涡流检测中探头瞬态响应的理论计算 28

3.1 概述 28

3.2 求解模型的建立及计算方法 29

3.3 层叠导体结构上探头响应信号的时谐场求解 30

3.3.1 层叠导体结构反射系数的矩阵表达式 30

3.3.2 层叠导体结构产生的反射磁场 33

3.3.3 检测线圈上感应电压的变化 34

3.3.4 激励线圈中电流的计算 35

3.4 用快速傅里叶变换计算探头的瞬态响应信号 36

3.4.1 径向求解区域R0的确定 36

3.4.2 级数总求和项M的确定 36

3.4.3 Bessel函数积分的计算 36

3.5 层叠导体瞬态涡流场的计算实例与结果对比 38

3.5.1 有限元时步法计算瞬态涡流场法问题 38

3.5.2 计算实例与两种方法的计算结果对比 42

3.6 本章小结 45

参考文献 46

第4章 圆台状脉冲涡流差分传感器设计 48

4.1 概述 48

4.2 圆台状差分传感器设计 48

4.3 电磁波反射与透射基本理论 49

4.3.1 电磁波在半空间的反射与透射 49

4.3.2 电磁波在三层介质中的反射与透射 51

4.3.3 电磁波在任意多层介质中的反射与透射 53

4.4 圆台状差分传感器磁场解析模型 54

4.5 圆台状差分传感器检测信号特征分析 61

4.6 圆台状差分传感器性能分析 62

4.7 本章小结 71

参考文献 71

第5章 脉冲涡流检测信号的预处理 73

5.1 概述 73

5.2 奇异值分解降噪原理 73

5.3 基于奇异值分解的最优降噪方法 76

5.3.1 负熵的定义 77

5.3.2 Hankel矩阵最优维数选择 78

5.3.3 阈值的选择 81

5.4 基于Savitzky-Golay滤波器的奇异值平滑处理 83

5.4.1 Savitzky-Golay滤波器基本理论 83

5.4.2 奇异值平滑处理 86

5.5 脉冲涡流检测信号降噪 89

5.5.1 算法性能分析 89

5.5.2 实验信号降噪 89

5.6 本章小结 92

参考文献 93

第6章 脉冲涡流检测的影响因素分析 95

6.1 概述 95

6.2 有限元模型建立与求解过程 95

6.3 激励线圈时间常数对检测的影响 99

6.3.1 激励线圈内电流特征分析 99

6.3.2 时间常数对检测信号特征的影响 101

6.4 材料电导率对检测的影响 107

6.5 激励信号幅值对检测的影响 111

6.6 提离变化对检测的影响 114

6.7 本章小结 116

参考文献 118

第7章 脉冲涡流缺陷检测信号的解析计算 119

7.1 概述 119

7.2 缺陷检测信号特征分析 119

7.2.1 检测信号时域分析 119

7.2.2 检测信号频域分析 125

7.3 缺陷检测信号的解析计算 131

7.4 实验验证 133

7.5 本章小结 134

参考文献 135

第8章 脉冲涡流缺陷二维轮廓重构 136

8.1 概述 136

8.2 径向基函数神经网络 136

8.2.1 径向基函数神经网络模型 136

8.2.2 隐含层神经元数量的确定 140

8.2.3 径向基神经网络的学习算法 140

8.3 基于不变函数的缺陷二维轮廓重构 144

8.3.1 缺陷轮廓重构问题描述 144

8.3.2 重构算法 146

8.4 实验与分析 147

8.4.1 数据样本库的建立 147

8.4.2 重构结果及分析 149

8.5 本章小结 153

参考文献 154

彩图2100433B

《脉冲涡流缺陷检测技术》介绍了脉冲涡流检测的原理，建立了任意n层层叠导体结构脉冲涡流检测的电磁场理论模型，提出了一种采用级数表达式结合快速傅里叶变换计算脉冲涡流响应信号的方法；设计了一种圆台状差分传感器方案，并根据电磁波反射与透射理论建立了该传感器的磁场解析模型；采用奇异值分解原理对脉冲涡流检测信号进行了降噪，有效提高了原始检测信号的信噪比；分析了激励线圈时间常数、被测试件电导率、激励信号幅值及提离等因素变化对脉冲涡流检测结果的影响规律，为提高脉冲涡流检测系统的性能提供了理论指导；通过分析缺陷检测信号谐波系数随缺陷尺寸变化的规律，探讨了缺陷检测信号的解析计算方法；论述了基于不变函数的脉冲涡流缺陷二维轮廓重构方法，采用径向基神经网络构造了用于重构缺陷轮廓的不变函数，建立了由检测信号到缺陷二维轮廓一一对应的非线性映射关系模型，实现了不同检测条件下缺陷二维轮廓的准确重构。

包覆层是推进剂用包覆层的总称.有四种类型。(1) propellant inhi6itiiig包覆在推进剂表面用以控制燃向的耐 燃材料，见推进剂包覆层、(2)inhi6iting iaycr燃速测试中 川以控制药条燃面的限燃材料，如醋'}纤维，聚乙烯缩丁醛。 (3]lirser早期国内把绝热层和推进Hl]之间的豁结刘也称作 包覆层，现称作衬层二(4)roatin}; '}1,覆在氧化剂}dttLaia}(} 表面性状的表面改性剂_