管道是石油、天然气勘探和运输的生命线,其检测和维护具有重要的经济和战略意义。管道的检测以无损检测(Non-destructive Testing,NDT)技术为主,其中,涡流检测(Eddy Current Testing,ECT)技术以非接触式、操作简单等特性而在世界范围内广泛应用。远场涡流检测(Remote Field Eddy Current Testing,RFECT)技术作为涡流检测技术的一种,因对管道内外壁缺陷具有相同的检测灵敏度而成为管道涡流无损检测研究领域的一个热点。现阶段,基于远场涡流的管道缺陷检测方法在理论和实际应用上(如信号高精度采集和高可信度处理方面)还有很多问题没有解决。本文以电磁涡流检测原理为基础,研究管道缺陷的检测方法。从理论研究、有限元仿真和物理实验三个方面入手,着重解决远场涡流检测技术在管道缺陷检测中的处理难点。本文的研究重点在于利用差分线圈实现远场实测信号中伪峰的移除,并引入维纳去卷积滤波器解决实测信号中噪声对处理结果的影响;利用复合式多频涡流检测(Multi-frequency Eddy Current Testing,MFECT)技术实现管道物理参数(管道内径、磁导率和电导率)的检测,为管道缺陷的定量分析提供补偿因子;通过涡流阵列检测(Eddy Current Array Testing,ECAT)技术实现缺陷在管道周向位置和内外壁位置的辨识;另外,本文拓展研究了管道脉冲远场涡流检测(Pulsed Remote Field Eddy Current Testing,PRFECT)技术,分析了脉冲远场涡流检测信号的特征。本文的研究对于远场涡流检测技术在管道检测中的实用性有较大的提高,研究的主要内容和创新有以下四个方面。(1)提出了管道缺陷远场涡流检测信号中伪峰的移除方法。在基于远场涡流的管道内检测技术中,发射线圈产生的电磁涡流在发射线圈附近穿透管壁到达管道外壁,沿着管道外壁传输,并在远场区域再次穿透管壁进入管内而被设置的线圈接收。通常通过分析接收线圈上的感应信号来获得被测管道的损坏情况。由于电磁涡流在发射线圈和接收线圈附近共两次穿透管壁,因此当发射线圈经过缺陷时,感应信号的特征会出现变化(伪峰),而这个变化会对接收线圈处管壁的分析造成不良的扰动。为了消除这个扰动,从而正确分析检测线圈处管壁的损耗情况,本文在远场检测处采用差分线圈的检测模式。通过提取差分信号的时移关系,将差分信号转化为频域信号进行处理;然后,考虑到实测信号中的噪声,本文还引入了维纳去卷积滤波器消除实测噪声对伪峰去除效果的影响。通过ANSYS建模仿真和实测信号处理的结果表明,该方法可以很好地消除检测信号中发射线圈对信号带来的扰动。该部分研究在一定的程度上提高了远场涡流检测技术在管道无损检测中的实用性。(2)研究了管道缺陷电磁涡流阵列检测的信号处理方法,仿真和实验分析结果验证了方法的可行性。本文通过阵列检测技术实现缺陷的定位分析和提高定量分析的精度。缺陷在管道壁上的位置分布可大致分为:轴向,周向和内外壁位置。缺陷在管道轴向和周向的定位可以通过在远场检测区域设置周向阵列传感器实现,并且缺陷检测的精度可以通过前述研究的伪峰移除方法进行提高,该部分研究通过物理实验得到了验证。为了实现缺陷在管道内外壁位置的分辨,本文利用高频信号的趋肤特性来实现,在阵列传感器下方设置高频信号发射源。因为高频信号具有较小的趋肤深度,所以当管道内壁出现缺陷时,阵列传感器检测的高频信号的特征发生变化,而管道外壁缺陷对高频检测信号的特征无影响。因为在实际管道测试中,管道通常是由不同管道拼接而成,为了更好地实现高频信号对内外壁缺陷的分辨能力,将高频检测信号作方向微分处理,仿真验证了该部分研究的可行性。(3)研究了基于电磁涡流的管道物理参数(管道内径,管道磁导率和电导率)检测方法,提出了一种多频涡流阻抗模型的数值解析方法。管道无损检测的目的是实现缺陷的定量和定位分析,以便对管道实施定向和实时维护。根据管道的远场涡流检测原理可知,当发射信号的频率和幅值不变时,感应信号特征的变化不仅与测试处缺陷的耗损量(几何尺寸)有关,还与测试处管道的磁导率和电导率有关。为了实现检测处缺陷的定量分析,在实际检测中还需测试出管道各处的磁导率和电导率以便为缺陷定量分析提供补偿。本文基于复合式多频涡流检测技术实现管道物理参数的检测。在研究中,采用一个发射线圈激励复合式多频正弦信号,通过解析感应信号和激励信号之间的传输阻抗来获得管道磁导率和电导率与检测信号之间的关系。该部分首先研究了传输阻抗模型的数值解析方法,构建了管道物理参数(磁导率和电导率)的数值反演库;同时通过ANSYS有限元建立了管道物理参数的仿真反演库;数值反演库和仿真反演库的相符性验证了提出的传输阻抗模型数值解析方法的正确性。为了实现管道物理参数的反演,本文采用梯度下降法和最小二乘支持向量机作为反演方法,并进行了比较;结果表明,最小二乘支持向量机在反演管道物理参数上具有更好的逼近精度和泛化能力。(4)研究了管道缺陷脉冲远场涡流检测信号的特征和处理方法。不同于常规的远场涡流检测,脉冲远场涡流检测以脉冲信号作为激励。在该检测技术中,接收线圈设置于过渡区域,以使检测信号同时保留近场和远场的信息。与常规远场涡流检测信号一样,脉冲远场涡流检测信号亦会两次穿透管壁。基于对远场涡流检测信号处理方法的研究,本文拓展研究了管道缺陷脉冲远场涡流检测信号的特征,并进行了仿真验证。研究表明,在管道的脉冲远场涡流检测中,当发射线圈移动经过缺陷位置时,检测信号的特征量(如过零时间,电压负峰值等)亦会出现伪峰;并且该伪峰亦可通过本文提出的方法进行移除。该部分研究为脉冲远场涡流检测技术在管道实际检测中的信号处理方法提供了理论分析基础。