热交换器管声脉冲检测技术导则

热交换器是火力发电厂热力系统的重要组成部分，其管子在运行过程中的泄漏，可造成机组非停、水质变坏、效率降低等。应用声脉冲检测法可在机组检修过程中及时检测出已泄漏管，从而提高机组的可靠性和经济性。

制定本标准的目的，是对在役热交换器管采用声脉冲方法进行检测时提供统一的检测技术规范、对检测结果提供统一的评定方法。

本标准由中国电力企业联合会提出。

本标准由电力行业电站金属材料标准化技术委员会归口并负责解释。

本标准起草单位：西安热工研究院有限责任公司、山西电力科学研究院、湖南电力试验研究所、河南电力试验研究所、大亚湾核电站、爱德森(厦门)电子有限公司。

本标准主要起草人：马剑民、安勤岗、邹建伟、汪毅、董振军、林俊明。

前言

1 范围

2 原理

3 总则

4 检测设备

5 对比试样管

6 操作步骤

7 检测结果评定

8 检测报告

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。

要了解什么是脉冲波，就要了解什么是脉冲。

脉冲：电压(V)或电流(A)的波形像心电图上的脉搏跳动的波形。但听到的什么电源脉冲、声脉冲……又作何解释呢，其实这些都是由脉冲的原意延伸出来的。或脉冲波就是以冲击形式产生的信号波形，是由小到大的，方波是跳变、稳定的。

脉冲波　学术上对脉冲的定义：隔一段相同的时间发出的波等机械形式，会在短时间内突变，随后又迅速返回其初始值的物理量称之为脉冲。

正如正弦波可以用振幅、频率、初相，三个参数来表征那样，理想的矩形脉冲一般只要三个参数便可以将其描述清楚。这三个参数分别是：脉冲幅度Um、脉冲重复周期T、脉冲宽度tw。

但由于实际电路中储能元件的影响，脉冲波形并不十分规整，因此需要更多的参数描述其特征如:：

脉冲幅值Um。

脉冲前沿和上升时间tr

脉冲后沿和下降时间

脉冲宽度tw

脉冲间隔tg

脉冲周期T

脉冲频率f

从脉冲的定义内我们不难看出，脉冲有间隔性的特征，因此我们可以把脉冲作为一种信号。 脉冲信号的定义由此产生：相对于连续信号在整个信号周期内短时间发生的信号，大部分信号周期内没有信号。就象人的脉搏一样。一般指数字信号，它已经是一个周期内有一半时间（甚至更长时间）有信号。计算机内的信号就是脉冲信号，又叫数字信号。

接下来再来了解一下方波（Square Wave）和脉冲波（Pulse Wave）。方波，因为波形方方正正而得名。而脉冲波不一定是方方正正的。波形上下最大振幅持续时间完全相同的，单独又称为方波。