Численные модели в интроскопии
Математическое моделирование в
решении задачи проектирования
системы обнаружения и классификации
дефектов теплообменных труб
парогенераторов по результатам
вихретокового контроля
Ключевые проблемы контроля теплообменных труб
Ключевые этапы разработки
Создание математической модели контроля труб с учетом
реальных электрофизических свойств элементов конструкции
Настройка математической модели по результатам контроля
тест-образцов труб
Исследования
влияния
на
сигнал
мешающих
факторов
(дистанцирующих решеток, отложений)
Формирование банка сигналов от широкого спектра дефектов
(искусственных, модельных)
Разработка алгоритмов предварительной обработки сигналов
(вейвлет-фильтрации)
Формирование оптимального набора признаков для обнаружения и
оценки размеров дефектов
Разработка автоматизированного классификатора дефектов в
трубах и его настройка
Модель ВТ контроля на открытом участке трубы
Модель ВТ контроля трубы с магнетитными отложениями
Модель ВТ контроля трубы с коррозионными отложениями
Модель ВТ контроля трубы с дистанцирующей решеткой
Формирование базы сигналов от широкого спектра дефектов
Геометрические размеры
модельных дефектов трубы
(внешние и внутренние)
Глубина
дефектов,
мм
Длина в
азимутальном
направлении,º
Длина в
осевом
направлении,
мм
0.15, 0.3,
0.45, 0.6,
0.75, 0.9,
1.05, 1.2,
1.35, 1.5
1, 2, 3, 5, 7, 10,
14, 27, 45, 90,
107, 143, 80,
270, 360
0.1, 0.2, 0.3,
0.4, 0.5, 0.7, 1,
1.5, 2, 2.5, 3, 4,
5, 7, 10, 15, 20
f1=30кГц, f2=60кГц, f3=130кГц, f4=280кГц
Сравнение эффективной расчетной схемы со стандартной
Сопоставление расчетных сигналов с экспериментом
Сопоставление расчетных сигналов с экспериментом
Исследование влияния основных параметров дефектов
Исследование влияния отложений в трещине на сигнал
Фазовые калибровочные характеристики ВТ сигналов
Амплитудные калибровочные характеристики ВТ сигналов
Просмотр базы модельных вихретоковых сигналов
Просмотр базы экспериментальных вихретоковых сигналов
Общая схема программы-анализатора ВТ сигналов
1
Начало работы программы
2
Загрузка исходных
данных
3
Калибровка и фильтрация
4
Выделение подозрительных
областей
5
Сохранение подозрительных
фрагментов на диск
6
Расчет признаков
7
Определение параметров
8
Формирование отчета
9
Сохранение отчета
10
Конец
Формирование набора диагностических признаков сигналов
Геометрические признаки
Статистические моменты
Дескрипторы Фурье
Набор признаков, характеризующих ВТ сигналы
Наименование признака
Обозначение
1
Амплитуда вихретокового сигнала на частоте f
Am_f
2
Фаза вихретокового сигнала на частоте f
Phase_f
3
Размах годографа по действительной оси на частоте
f
P2Pre_f
4
Размах годографа по мнимой оси на частоте f
P2P_f
5
Площадь фигуры, описываемой годографом на
частоте f
Area_f
6
Энергия сигнала на частоте f
Energy_f
7,8
Расстояние между разнополярными экстремумами
для действительной и мнимой составляющей
сигнала на частоте f
DXre_f,
DXim_f
9,10,11
Ширина лепестка годографа по уровням 0.7, 0.5 и
0.3 на частоте f
Width03_f,
Width07_f
12-21
Статистические моменты распределения значений
мнимой и действительной составляющих сигнала
относительно нулевого уровня (2-го,3-го,4-го,5-го
порядка на частоте f)
M2re_f, M2im_f, M3re_f,
M3im_f, M4re_f, M4im_f,
M5re_f, M5im_f
22-29
Дескрипторы Фурье с 1 по 8-й описывающие форму
годографа на частоте f
DF1_f – DF8_f
№ п.п
Width05_f,
Блок-схема определения геометрических параметров дефекта
начало
Исходные данные – фрагменты
сигналов, соответствующие
дефектам сплошности
Расчет
диагностических
признаков
Классификация дефекта по
местоположению
На внешней поверхности (внешний) /на
внутренней поверхности (внутренний)
нет
Дефект расположен на
внешней поверхности ?
Оценка
геометрических
параметров
внутреннего дефекта
да
Оценка
геометрических
параметров внешнего
дефекта
Формирование отчета
конец
Нейросетевой классификатор дефектов труб
Определение глубины
Определение длины
Функция активации
f ( x) 1exp(1 x )
Обучение
Проверка
Всего
Внешние дефекты
150
43
193
Внутренние дефекты
80
29
109
Все дефекты
220
82
302
Настройка
Модель
Эксперимент
Всего
Внешние дефекты
153
40
193
Внутренние дефекты
94
15
109
Все дефекты
247
55
302
Тестирование
Погрешности определения параметров дефектов
Внешние дефекты
Глубина (%)
Осевая длина (мм)
Среднее
-0.171
Среднее
-0.017
СКО
4.283
СКО
0.963
MAX
13.193
MAX
2.419
Min
-15.633
Min
-5.004
Внутренние дефекты
Глубина (%)
Осевая длина (мм)
Среднее
-0.853
Среднее
-0.080
СКО
6.906
СКО
1.116
MAX
16.323
MAX
2.276
Min
-53.273
Min
-2.084
Распределение погрешности определения параметров
глубины внутреннего дефекта
длины внутреннего дефекта
500
1000
400
800
300
600
200
400
100
200
0
0
-0.175
-0.125
-0.075
-0.025
0.025
0.075
0.125
0.175
-2.5
-1.5
delta(h_int), мм
1400
600
1200
500
1000
400
800
300
600
200
400
100
200
0
0
-0.075
-0.025
0.025
delta(h_ext)
1.5
длины внешнего дефекта
700
-0.125
0.5
delta(Lz_int), мм
глубины внешнего дефекта
-0.175
-0.5
0.075
0.125
0.175
-2.5
-1.5
-0.5
0.5
delta(Lz_ext)
1.5
2.5
Результат анализа дефектов на «слепой» трубке
Глубина
%
мм
Длина
(мм)
Продольная трещина
86.0
1.290
8.41
rs_p001_i002.txt
Продольная трещина
84.2
1.263
8.75
3
rs_p001_i003.txt
Продольная трещина
84.5
1.267
5.00
4
rs_p001_i004.txt
Продольная трещина
83.9
1.259
10.54
5
rs_p001_i005.txt
Поперечная трещина
61.6
0.923
11.20
6
rs_p001_i006.txt
Продольная трещина
92.5
1.387
9.32
7
rs_p001_i007.txt
Коррозия точечная
78.1
1.172
11.82
8
rs_p001_i008.txt
Поперечная трещина
67.0
1.005
6.78
9
rs_p001_i009.txt
Поперечная трещина
100.0
1.500
0.00
10
rs_p002_i001.txt
Продольная трещина
80.0
1.200
11.83
11
rs_p002_i002.txt
Продольная трещина
76.3
1.145
15.24
12
rs_p002_i003.txt
Продольная трещина
72.5
1.088
11.14
13
rs_p002_i004.txt
Поперечная трещина
64.7
0.970
0.00
14
rs_p002_i005.txt
Продольная трещина
67.4
1.010
14.30
15
rs_p002_i006.txt
Поперечная трещина
51.3
0.770
0.00
16
rs_p002_i007.txt
Поперечная трещина
100.0
1.500
4.69
№
Дефект
Класс
1
rs_p001_i001.txt
2
Рабочая панель программы-классификатора дефектов
Рабочая панель программы-классификатора дефектов
Заключение
Разработана программа-классификатор, позволяющая разделять дефекты
по местоположению (внешний/внутренний) с погрешностью 4%,
определять глубину дефектов с погрешностью 8.5% - для внешних и с
погрешностью 13.8% для внутренних, определять осевую длину дефектов с
погрешностью 1.9 мм - для внешних и с погрешностью 2.5 мм для
внутренних
Погрешности оценки геометрических параметров внутренних дефектов в
целом выше, чем внешних
Присутствие коррозионных отложений существенно увеличивает
погрешность оценки глубины и длины дефекта в продольном направлении
Влияние дистанцирующей решетки особенно критично для определения
геометрических параметров внешних дефектов
Вывод: Оценка геометрических параметров дефектов затруднена без
эффективных алгоритмов отстройки от влияния дистанцирующей
решетки и коррозионных отложений
