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近年來(lái)，管道運(yùn)輸以其安全、便捷、高效等優(yōu)點(diǎn)在石油、天然氣等能源運(yùn)輸行業(yè)被廣泛應(yīng)用。截止到2020年底，我國(guó)油氣長(zhǎng)輸管道里程累計(jì)達(dá)到16.9萬(wàn)km。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，我國(guó)超過(guò)半數(shù)的管道已經(jīng)進(jìn)入服役的中后期。為避免發(fā)生管道泄漏事故和造成重大的生命財(cái)產(chǎn)損失，對(duì)管道進(jìn)行有效的高精度完整性檢測(cè)是必要的。管道漏磁內(nèi)檢測(cè)法具有操作簡(jiǎn)便、可靠性好、檢測(cè)效果好等優(yōu)勢(shì)，被廣泛用于對(duì)油氣管道中缺陷的檢測(cè)和量化。

漏磁檢測(cè)可實(shí)現(xiàn)對(duì)油氣管道內(nèi)、外表面的金屬損傷、焊縫等缺陷的有效無(wú)損檢測(cè)，其原理示意圖如圖1所示。在利用磁體對(duì)管壁進(jìn)行飽和磁化的狀態(tài)下，如圖1（a）所示，當(dāng)管壁中不存在缺陷時(shí)，磁通回路沒(méi)有擾動(dòng)，空氣中的磁敏傳感器拾取到的漏磁場(chǎng)不會(huì)發(fā)生畸變；如圖1（b）所示，當(dāng)管壁中存在缺陷時(shí)，管體中的磁力線在缺陷界面處發(fā)生折射，導(dǎo)致管體外空氣中漏磁場(chǎng)信號(hào)的畸變。

通過(guò)分析檢測(cè)漏磁場(chǎng)信號(hào)是否有畸變，可實(shí)現(xiàn)對(duì)管體缺陷的識(shí)別；通過(guò)分析畸變漏磁場(chǎng)信號(hào)的形態(tài)、幅值等特征可實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的粗略量化。在實(shí)際管道檢測(cè)工程中，經(jīng)常將沿管道長(zhǎng)度方向（軸向）設(shè)定為X軸，管道周向方向設(shè)定成Y軸，管道徑向方向設(shè)置成Z軸（見圖1）。磁敏傳感器拾取的漏磁信號(hào)幅值為電壓值V，單位為mV。

圖1 漏磁檢測(cè)原理示意圖

近年來(lái)，隨著我國(guó)裝備制造能力的大幅提升，國(guó)產(chǎn)漏磁檢測(cè)機(jī)器人的硬件裝備水平與國(guó)外的差距在快速縮小，但在缺陷的量化評(píng)定精度、速度和可靠性等方面，與國(guó)外相比仍存在很多不足。僅就缺陷的量化評(píng)定能力而言，目前國(guó)內(nèi)外的漏磁檢測(cè)技術(shù)仍處于對(duì)缺陷的定位查找及對(duì)其尺寸的粗略量化階段，對(duì)管道中缺陷形狀的三維量化反演成像能力仍然不足。

南方科技大學(xué)、四川大學(xué)、山東科技大學(xué)的研究人員在利用實(shí)際檢測(cè)信號(hào)反演缺陷處磁荷分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，提出缺陷深度場(chǎng)概念，并建立缺陷三維輪廓反演的方法及算法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)任意復(fù)雜缺陷的三維輪廓的反演成像。以上理論創(chuàng)新技術(shù)已實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。

進(jìn)一步地，為提升對(duì)缺陷的量化評(píng)定能力和處理速度，從漏磁檢測(cè)信號(hào)中自動(dòng)識(shí)別、分離和提取缺陷的漏磁信號(hào)是很重要的前置工作。由于實(shí)際工程缺陷形狀不規(guī)則，多個(gè)坑點(diǎn)信號(hào)常近距離分布、或一個(gè)區(qū)域包含多個(gè)坑點(diǎn)缺陷，致使其漏磁檢測(cè)信號(hào)彼此關(guān)聯(lián)、相互影響，降低了后期缺陷識(shí)別及成像量化精度。因此，為提升漏磁檢測(cè)對(duì)復(fù)雜缺陷的識(shí)別和量化成像精度，需要對(duì)上述近距離分布的多缺陷進(jìn)行分解剝離和單獨(dú)提取。

目前應(yīng)用較廣泛的缺陷識(shí)別提取方法主要有幅值差分閾值法，但其對(duì)近距離分布復(fù)雜缺陷的識(shí)別提取精度不高、信號(hào)提取自動(dòng)化程度低、對(duì)數(shù)據(jù)樣本和人工經(jīng)驗(yàn)的依賴性較高。即便是同一組數(shù)據(jù)，如果由不同的人員處理，其對(duì)缺陷信號(hào)的識(shí)別提取結(jié)果可能不同。因缺陷數(shù)據(jù)分析依賴人工、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，導(dǎo)致數(shù)據(jù)分析結(jié)果常在檢測(cè)完成后2～4月才能給出，嚴(yán)重降低了檢測(cè)結(jié)果的時(shí)效性。

漏磁檢測(cè)缺陷信號(hào)的提取，尤其是對(duì)相互關(guān)聯(lián)的、跨越多通道的復(fù)雜缺陷信號(hào)的提取，目前還沒(méi)有可適用的高效、成熟算法，不利于后續(xù)的缺陷三維反演成像及量化評(píng)定。

針對(duì)以上問(wèn)題，研究人員給出一種基于相似波形的漏磁檢測(cè)缺陷信號(hào)小波分解及自動(dòng)提取方法，從缺陷漏磁檢測(cè)信號(hào)的波形特征出發(fā)，匹配與其波形相似度高的小波基，用其對(duì)漏磁檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行多尺度分解，探究小波高頻系數(shù)與缺陷信號(hào)的對(duì)應(yīng)規(guī)律，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷信號(hào)的自動(dòng)提取。該方法不僅能提高缺陷的提取精度和處理速度，也適用于對(duì)復(fù)雜缺陷信號(hào)的剝離和提取，為后續(xù)的缺陷三維反演及量化評(píng)定奠定了基礎(chǔ)。

圖2 漏磁檢測(cè)缺陷信號(hào)提取技術(shù)路線

研究人員強(qiáng)調(diào)指出該方法的創(chuàng)新點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)：

1）通過(guò)選取與缺陷信號(hào)波形相似度高的小波基函數(shù)對(duì)漏磁信號(hào)進(jìn)行小波分解，建立了小波高頻系數(shù)與單個(gè)缺陷信號(hào)的映射關(guān)系，并基于此進(jìn)行缺陷識(shí)別和提取，解決了漏磁檢測(cè)對(duì)密集型復(fù)雜缺陷的單獨(dú)提取難題。

2）開發(fā)了漏磁檢測(cè)缺陷提取算法，編寫了相應(yīng)的計(jì)算程序，從實(shí)際工程管道的漏磁檢測(cè)數(shù)據(jù)里，提取出了96%以上的二維缺陷信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了缺陷提取過(guò)程的全程自動(dòng)化。

相對(duì)于現(xiàn)有方法，該方法提高了對(duì)密集型復(fù)雜缺陷的分解和單獨(dú)識(shí)別能力，提升了缺陷提取的準(zhǔn)確率和速度，為隨后的缺陷輪廓反演成像計(jì)算奠定了基礎(chǔ)，在實(shí)際管道漏磁檢測(cè)工程中有廣泛的應(yīng)用前景。

本文編自2022年第6期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“基于相似波形的漏磁檢測(cè)缺陷信波分解及提取方法”，作者為楊杰、李紅梅 等。