油套管交流场测量检测探头设计

《International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics》：Alternating current field measurement detection probe design for oil tubing

　　

摘要

交流电流场测量（ACFM）已成为一种有前景的无损检测（NDT）技术。然而，其在涂覆金属涂层的油管内壁检测中的应用尚未被探索。本研究旨在通过数值模拟设计一种基于ACFM的检测探头，专门用于检测涂覆油管内壁的裂纹。为提高内壁裂纹检测效率，本研究建立了一个检测设备的数值模拟模型，以评估裂纹引起的磁场扰动。将模拟结果与实验数据进行了比较，以验证所提出模型的准确性和可靠性。该模型纳入了三个关键结构参数，即磁芯直径、磁芯数量和磁传感器数量，以评估其对裂纹上方磁场扰动的影响。基于模拟和实验的分析表明，该模型与实验结果具有高度拟合度。基于优化后的探头参数，开发了一种用于涂覆油管的ACFM检测系统，并进行了实验验证。对于模拟的裂纹深度与Ba峰峰值之间的关系，决定系数（R²）为0.9803；对于在1 mm固定裂纹深度下实验的裂纹长度与Ba峰峰值之间的关系，决定系数为0.9866。

背景：

交流电流场测量（ACFM）已成为一种用于裂纹检测的有前景的无损检测（NDT）技术。然而，其在涂覆金属涂层的油管内壁检测中的应用尚未被探索。

目的：

本研究旨在开发和优化一种基于ACFM的检测探头，专门设计用于检测金属涂覆油管内壁的裂纹。

方法：

建立了ACFM检测设备的数值模拟模型，以研究裂纹引起的磁场扰动。系统分析了三个关键探头结构参数（即磁芯直径、磁芯数量和磁传感器数量）对裂纹上方磁场扰动的影响。将模拟结果与实验测量进行了比较，以验证数值模型的准确性和可靠性。基于优化后的探头参数，开发了一种ACFM检测系统，并对涂覆油管中的裂纹检测进行了实验验证。

结果：

数值模拟结果与实验测量结果吻合良好，证明了所提出模型的准确性和可靠性。优化后的探头参数有效地增强了对涂覆油管内壁裂纹的磁场响应。对于模拟的裂纹深度与轴向磁场分量（Ba）峰峰值之间的关系，决定系数（R²）为0.9803；对于在1 mm固定裂纹深度下实验的裂纹长度与Ba峰峰值之间的关系，决定系数为0.9866。

结论：

所提出的基于ACFM的检测方法和优化探头提供了一种有效的方法，用于检测和定量表征金属涂覆油管内壁的裂纹。结果表明，ACFM在涉及涂覆油管的无损检测应用中具有潜力，并为进一步开发实用的检测系统奠定了基础。

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