三亚西门子模块代理商变频器供应商

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在原有设计中，主控室与各工位设备之间的线缆要经过地沟、线缆隧道等连接，长的线缆可达上百米，由于信号传输量大，为便于施工和维护，保证信号传输的稳定，我们决定采用西门子的Profibus-DP现场总线控制方式和分布式WAGO I/O产品相配合使用。

2. PROFIBUS网络的特点
       PROFIBUS（Process Field Bus）是一个既简单，又并且有较高传送速度的设备，作为一种总线标准，具有开放性、化、不依赖于设备生产商等特点。现在，PROFIBUS现场 总线已经实现了数字和模拟输入/输出模块、智能信号装置和过程调节装置与PLC和PC之间的，把I/O通道分散到实际需要的现场设备附近，从而使 整个系统的工程费用、装配费用、硬件成本、设备调试和维修成本减少到。
     由 PROFIBUS构成的兼容网络系统可应用于不同的场合，分为PROFIBUS-FMS，提供强有力的通信功能；PROFIBUS-DP，特别适合可编程控制器与现场分散的I/O设备之间的通信；PROFIBUS-PA，用于性较高的场合，允许对设备进行的内部操作。在高炉本体测控系统中，控制对象大部分为模拟量，而且比较集中地分布在现场的几个位置，非常适于采用现场总线PROFIBUS-DP控制协议和分布式WAGO I/O产品相配合使用。

    3. WAGO-I/O-SYSTEM产品及主要特点：

WAGO-I/O-SYSTEM包括现场总线适配器，可编程现场总线控制器，750系列数字量输入输出模块，750系列模拟量输入输出模块，WAGO-I/O-PRO编程软件，WAGO-I/O-CHECK启动和诊断工具软件。以上配置根据具体的要求做适当的调整。

主要特点：

a． 安装容易 模块化结构，体积小，节省空间，即插即用；WAGO笼式弹簧技术，接线简单，抗振动，免维护。
  b． 使用灵活 用户可以根据需要任意将各种功能模块组合到一起，并可根据需要随时换总线适配器和其他功能模块，为将来实现现场总线同意提供方便。
c． 功能齐全 能适应多种现场总线通讯方式及串行口通讯；功能模块品种多，功能齐全，包含有适用于各种电压等级信号的开关量输入/输出模块和模拟量输入/输出模块，继电器模块，计数器模块，电源模块，接口模块等。
 d． 设计经济 每个模块上的通道数量少，为经济的设计现场总线节点提供了条件。
 e． 连接快速简单 通过总线适配器将现场总线输入/输出系统快速连接到PLC或PC。
 f． 防护箱可达IP65防护等级 为适应工业现场总线系统的发展，例如化工业、食品业等系统的防护要求，以及冶金、化工等工矿企业恶劣的现场环境，WAGO为750系列提供了具有IP65防护等级的防护箱。
WAGO总线控制系统可以灵活地采用PROFIBUS，DericeNet，CANopen，MODBUS Ethernet，PROFINET等方案。

 4. 系统设备及结构配置

 本系统根据工艺要求，对高炉本体的炉身衬砖、炉底板及炉基、冷却壁温度进行检测，对高炉本体冷却水和氮气介质系统的压力、温度、流量进行检测，对工艺参数炉上升管压力进行检测及控制调压阀组的快开阀、自动阀和量程阀等设备。

 在自动化控制设备选型时，考虑成本、控制稳定性及应用普及率的综合优势，终选择SIEMENS公司产品作为主站。其中主站采用S7-400产品，CPU选型为带内置DP口的CPU；I/O从站共有5个，因控制对象大多为模拟量，确定为WAGO 750系列产品；上位机配置2台，型号为SIMATIC PC-IL43并内部集成以太网接口通讯卡，与主站之间的通讯采用工业以太网。                如图一所示：

                        图一 网络图

   5个总线箱与CPU用一根PROFIBUS-DP线进行连接，当系统运行时，主站按顺序访问每个从站。其设置速度为1.5Mbps，信号传输仅为毫秒级。PROFIBUS-DP是一个抗电磁干扰的两线差分系统即使在严重干扰或远距离的环境下，现场总线均能保持良好的工作状态。总线两端接头的拨码开关分别拨到ON位置，其余几个拨码开关拨到OFF位置.在每个总线箱的旁边分别设置了一个仪表箱，为现场的用电设备供电，一次仪表采用传感器+变送器方式，信号输出为4-20mA标准电流信号进入总线箱。

5个IP65防护等级的防护箱且尽量靠近现场测点。从现场仪表来的控制线直接接入I/O模板前连接器，不再经过中间端子，控制箱进缆孔采用橡胶密封圈，以防止湿热气体和灰尘进入。电缆屏蔽层夹在电缆卡子上直接接地，保证屏蔽层接地良好，总线控制箱分布于下图二所示的位置。

前言

用户界面，特别是图形用户界面，承担着向用户显示问题模型和与用户进行操作和I/O交互的作用。用户希望保持交互操作界面的相对稳定，但希望根据需要改变和调整显示的内容和形式。例如，要求支持不同的界面标准或得到不同的显示效果，适应不同的操作需求。这就要求界面结构能够在不变软件的功能和模型情况下，支持用户对界面构成的调整。

要做到这一点，从界面构成的角度看，困难在于：在满足对界面要求的同时，如何使软件的计算模型立于界面的构成。模型-视图-控制（MVC：Model-View-Controller）就是这样的一种交互界面的结构组织模型。

一、 MVC（Model-View-Controller） 设计模型组成

MVC由Trygve Reenskaug提出，被应用在SmallTalk-80环境中，使许多交互和界面系统的构成基础，Microsoft的MFC基础类也遵循了MVC的思想。

对于界面设计可变性的需求，MVC把交互系统的组成分解成模型、视图、控制三种部件。

模型部件是软件所处理问题逻辑在立于外在显示内容和形式情况下的内在抽象，封装了问题的数据、逻辑和功能的计算关系，他立于具体的界面表达和I/O操作。

视图部件把表示模型数据及逻辑关系和状态的信息及特定形式展示给用户。它从模型获得显示信息，对于相同的信息可以有多个不同的显示形式或视图。

控制部件是处理用户与软件的交互操作的，其职责是控制提供模型中任何变化的传播，确保用户界面于模型间的对应联系；它接受用户的输入，将输入反馈给模型，进而实现对模型的计算控制，是使模型和视图协调工作的部件。通常一个视图具有一个控制器。

模型、视图与控制器的分离，使得一个模型可以具有多个显示视图。如果用户通过某个视图的控制器改变了模型的数据，所有其它依赖于这些数据的视图都应反映到这些变化。因此，无论何时发生了何种数据变化，控制器都会将变化通知所有的视图，导致显示的新。这实际上是一种模型的变化-传播机制。

二、 MVC中的模型、视图和控制类

1、 模型包含了应用问题的数据、逻辑关系和计算功能，它封装了所需的数据，提供了完成问题处理的操作过程。控制器依据I/O的需要调用这些操作过程。模型还为视图显示数据而提供了访问其数据的操作。

这种变化-传播机制体现在各个相互依赖部件之间的注册关系上。模型数据和状态的变化会激发这种变化-传播机制，它是模型、视图和控制器之间联系的纽带。

2、视图通过显示的形式，把信息转达给用户。不同视图通过不同的显示，来表达模型的数据和状态信息。每个视图有一个新操作，它可被变化-传播机制所。当调用新操作时，视图获得来自模型的数据值，并用它们来新显示。

在初始化时，通过与变化-传播机制的注册关系建立起所有视图与模型间的关联。视图与控制器之间保持着一对一的关系，每个视图创建一个相应的控制器。视图提供给控制器处理显示的操作。因此，控制器可以获得主动激发界面新的能力。

3、 控制器通过时间触发的方式，接受用户的输入。控制器如何获得事件依赖于界面的运行平台。控制器通过事件处理过程对输入事件进行处理，并为每个输入事件提供了相应的操作服务，把事件转化成对模型或相关视图的激发操作。

如果控制器的行为依赖于模型的状态，则控制器应该在变化-传播机制中进行注册，并提供一个新操作。这样，可以由模型的变化来改变控制器的行为，如禁止某些操作。

三、MVC的实现与变化

1、 分析应用问题，对系统进行分离

分析应用问题，分离出系统的内核功能、对功能的控制输入、系统的输出行为三大部分。设计模型部件使其封装内核数据和计算功能，提供访问显示数据的操作，提供控制内部行为的操作以及其他必要的操作接口。以上形成模型类的数据构成和计算关系。这部分的构成与具体的应用问题紧密相关。

2、 设计和实现每个视图

设计每个视图的显示形式，它从模型中数据，将它们显示在屏幕上。

3、 设计和实现每个控制器

对于每个视图，对用户操作的响应时间和行为。在模型状态的影响下，控制器使用特定的方法接受和解释这些事件。控制器的初始化建立起与模型和视图的联系，并且启动事件处理机制。事件处理机制的具体实现方法依赖于界面的工作平台。

4、使用可安装和卸载的控制器

控制器的可安装性和可卸载性，带来了高的自由度，并且帮助形成高度灵活性的应用。控制器与视图的分离，支持了视图与不同控制器结合的灵活性，以实现不同的操作模式，例如对普通用户、用户、或不使用控制器建立的只读视图。这种分离还为在应用中集成新的I/O设备提供了途径。

5、MVC的变化

把模型、视图、控制器实行分离，使设计和使用有了很大灵活性。但是，在现实中，视图和控制器的功能通常是紧密地联系在一起的。控制视图工作的输入事件通常都是与视图的构成相关的。在现实界面设计环境中，界面操作事件及其处理都是与界面形式设计紧密关联的。在这种情况下，把视图和控制器分离开，就给分析和设计带了了不方便，并且运行的效率低。

因此，可以把视图和控制器结合起来加以设计和实现。在上面的实现说明中，只要把视图和控制器的类合并生成新的视图类即可。这样，仍然保持着与模型的分离，因此相同的模型仍然可以使用多个视图。这些视图本身已经具备了事件处理能力，仍然可以通过模型对其功能进行控制。

四、MVC的优点及不足之处

1、 MVC的优点

（1） 可以为一个模型在运行时同时建立和使用多个视图。变化-传播机制可以确保所有相关的视图及时得到模型数据变化，从而使所有关联的视图和控制器做到行为同步。

（2） 视图与控制器的可接插性，允许换视图和控制器对象，而且可以根据需求动态的打开或关闭、甚至在运行期间进行对象替换。

（3） 模型的可移植性。因为模型是立于视图的，所以可以把一个模型立地移植到新的平台工作。需要做的只是在新平台上对视图和控制器进行新的修改。

（4） 潜在的框架结构。可以基于此模型建立应用程序框架，不仅仅是用在设计界面的设计中。

2、 MVC的不足之处

（1） 增加了系统结构和实现的复杂性。对于简单的界面，严格遵循MVC，使模型、视图与控制器分离，会增加结构的复杂性，并可能产生过多的新操作，降低运行效率。

（2） 视图与控制器间的过于紧密的连接。视图与控制器是相互分离，但确实联系紧密的部件，视图没有控制器的存在，其应用是很有限的，反之亦然，这样就妨碍了他们的立重用。

（3）视图对模型数据的低效率访问。依据模型操作接口的不同，视图可能需要多次调用才能获得足够的显示数据。对未变化数据的不必要的频繁访问，也将损害操作性能。

（4） 目前，一般的界面工具或构造器不支持MVC模式。改造这些工具以适应MVC需要和建立分离的部件的代价是很高的，从而造成使用MVC的困难。

       本文主要是传感器提离值与缺陷漏磁场的研究，介绍了漏磁检测技术的原理及其应用，给出了漏磁信号与缺陷特征所形成的线性关系，并通过ANSYS分析研究了提离值对漏磁信号的影响。
       管道漏磁检测中，管道中的焊缝和管道异物等会引起传感器提离值和漏磁检测工具磁化器提离值，并且对获得的漏磁数据有潜在影响。利用有限元软件模拟各种提离值对漏磁信号的影响。结果表明传感器提离值引起漏磁信号峰值的降低，传感器提离值对漏磁信号峰值的影响远大于相同大小的磁化器提离值的影响，传感器和磁化器同时引起的提离值引起漏磁信号峰值的大降低。正确理解提离值对漏磁信号的影响，将改善漏磁检测的质量，并获得对缺陷完整的评价。
       本设计的目的是为了提高油气管道漏磁检测的准确度，需要在确保检测灵敏度的同时，减小传感器与被测油气管道表面的距离即提离值的波动影响。分析了提离值选择的主要原则，采用ANSYS得到两者之间的关系。

关键词：漏磁检测；提离值；漏磁；缺陷

1章 绪论
1.1课题的来源及意义
      漏磁检测的方法通常与涡流-微波-金属磁记忆一起别列为电磁无损检测方法。该方法主要应用于诸如输油气管-储油罐底板-钢丝绳-钢板-钢管-钢棒-链条-钢结构件-焊缝-埋地管道等铁磁性材料表面和近表面的腐蚀-裂纹-气孔-凹坑-夹杂等缺陷的检测，也可用于铁磁性材料的测厚。漏磁无损检测技术在钢铁-石油-石化等领域应用较广泛.我国各工业领域对漏磁检测技术尚处于了解-认识-引用的初级阶段，在工业上实用探伤设备的开发制造还刚刚起步，而随着质量控制技术的发展与进步我国对于漏磁探伤设备的市场需求将越来越大。因此，缩小同国外的无损检测设备制造水平的差距是当前我国无损检测业界同仁的重要且紧迫的任务。
1．2 国内外的研究现状
1.2.1 国内的研究现状
      我国从90年代初对漏磁检测技术进行了研究,于2002年研制出管道和钢板腐蚀漏磁检测仪,其总体技术水平落后于欧美等发达国家。近年来,在国内无损检测工作者的共同努力下,目前已有许多的高校和研究单位在这方面了可喜的成果,逐步缩小了与水平的差距。
       国内研究漏磁检测技术的高校主要有清华大学、华中科技大学、上海交通大学、沈阳工业大学等。其中科技大学的杨叔子、康宜华、武新军等,在储罐底板漏磁检测研究和管道漏磁无损检测传感器的研制、钢丝绳的漏磁检测等方面进行了大量的实验研究工作,利用ANSYS软件分析了传感器励磁装置的参数对钢板局部磁化的影响,设计了相应的漏磁检测传感器等;清华大学的李路明、黄松龄等研究了管道的漏磁探伤,铁铸件的漏磁探伤方法,采用有限元分析法研究永磁体几何参数对管道磁化效果的影响,分析漏磁探伤中各种量之间的数值关系,如表面裂纹宽度对漏磁场Y分量影响的问题；交直流磁化问题,针对漏磁检测交流磁化的磁化电流频率选择问题,分析了磁化频率的选取原则等等；沈阳工业大学的杨理践等,研究了基于单片机控制系统的管道漏磁在线检测系统,分析了小波包在管道漏磁信号分析中的应用,通过时域分析理论对管道漏磁信号进行处理;合肥工业大学的何辅云对漏磁探伤采用多路缺陷信号的滑环传送方法并研制了在役管线漏磁无损检测设备；上海交通大学的阙沛文、金建华等对海底管道缺陷漏磁检测进行研究,通过小波分析对漏磁检测信号进行去噪实验,同时将巨磁阻传感器应用于漏磁检测系统,研制了适用于输油、输气管道漏磁检测传感器；中田钻井机械仪器研究所开发出了抽油杆井口漏磁无损检测装置；工程学院研制的智能漏磁裂纹检测仪,能对钢质构件的表面和内部的裂纹进行定量；中国金属的蔡桂喜对磁粉和漏磁探伤对裂伤缺陷检出能力进行了研究,用环电流模型计算了各种矩形槽形状人工及自然缺陷产生的漏磁场,提出磁粉和漏磁两种方法不适合开裂缝隙很窄的疲劳裂纹的检测的结论。爱德森公司采用多信息融合技术研制成集涡流、漏磁、磁记忆、低频电磁场于一体的便携式检测仪器,该仪器能同时多种检测信号,适用于流动现场的检测。
1.2.2 国外的研究现状
       国外对漏磁检测技术的研究很早,Zuschlug于1933年提出应用磁敏传感器测量漏磁场的思想,但直至1947年Hastings设计了套漏磁检测系统,漏磁检测才开始受到普遍的承认。20世纪50年代,西德Forster研制出产品化的漏磁探伤装置。1965年,美国Tube scope 公司采用漏磁检测装置Linalog进行了管内检测,开发了Wellcheck井口探测系统,能地探测到管材内外径上的腐蚀坑、横向伤痕和其它类型的缺陷。1973年,英国气公司采用漏磁法对其所管辖的一条直径为600mm的气管道的管壁腐蚀减薄状况进行了在役检测,引入了定量分析方法。ICO公司的EMI漏磁探伤系统通过漏磁探伤部分来检测管体的横向和纵向缺陷,壁厚测量结合声技术进行,提供完整的现场探伤。
       对于缺陷漏磁场的计算始于1966年,Shcherbinin和Zatsepin两人采用磁偶子模型计算表面开口的无限长裂纹,前苏联也于同年发表了篇定量分析缺陷漏磁场的论文,提出用磁偶子、无限长磁偶线和无限长磁偶带来模拟工件表面的点状陷、浅裂纹和深裂缝。之后,苏、日、美、德、英等国相继对这一领域开展研究,形成了两大学派,主要为研究磁偶子法和有限元法两大学派。Shcherbinnin和Poshagin用磁偶子模型计算了有限长表面开口裂纹的磁场分布。1975年,Hwang和Lord采用有限元方法对漏磁场进行分析,把材料内部场强和磁导率与漏磁场幅值联系起来。Atherton把管壁坑状缺陷漏磁场的计算和实验测量结果联系起来,得到了较为一致的结论。Edwards和Palaer推出了有限长开口裂纹的三维表达式,从中得出当材料的相对磁导率远大于缺陷深宽比时,漏磁场强度与缺陷深度呈近似线性关系的结论。国内研究现状我国从90年代初对漏磁检测技术进行了研究,于2002年研制出管道和钢板腐蚀漏磁检测仪,其总体技术水平落后于欧美等发达国家。近年来,在国内无损检测工作者的共同努力下,目前已有许多的高校和研究单位在这方面了可喜的成果,逐步缩小了与水平的差距。
1.3 本文的主要研究内容
      本文主要是传感器提离值与缺陷漏磁场的研究，介绍了漏磁检测技术的原理及其应用，ANSYS软件的操作和使用，并通过ANSYS分析研究了提离值对漏磁信号的影响，本设计的目的是为了提高油气管道漏磁检测的准确度，需要在确保检测灵敏度的同时，减小传感器与被测油气管道表面的距离即提离值的波动影响。分析了提离值选择的主要原则，通过计算验证了这种方法的效果。

2章 漏磁无损检测
2.1漏磁无损检测概述
       无损检测技术是一门新兴的综合性应用学科，它是在不破坏或不损坏被检测对象的前提下，利用材料内部结构异常或缺陷存在所引起的对热、声、光、电、磁等反应的变化，来探测各种工程材料、零部件、结构件等内部和表面缺陷，并对缺陷的，类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化作出判断和评价。目前，常用的无损探伤方法有液体渗透检测、磁粉检测与漏磁检测、声发射检测、射线探伤等。近年来，无损技术的发展速度很快，一些无损新技术如磁记忆无损检测、红外热波无损检测、声相控阵技术、激光无损检测、微波无损检测等也得到了应用。
        漏磁检测方法通常与涡流、微波、金属磁记忆一起被列为电磁（EM Electromagnetic)无损检测方法。该方法主要应用于诸如输油气管、储油罐底板、钢丝绳、钢板、钢管、钢棒、链条、钢结构件、焊缝、埋地管道等铁磁性材料表面和近表面的腐蚀、裂纹、气孔、凹坑、夹杂等缺陷的检测 ,也可用于铁磁性材料的测厚。漏磁无损检测技术在钢铁、石油、石化等领域应用较广泛。我国各工业领域对漏磁检测技术尚处于了解、认识、引用的初级阶段 ,在工业上实用探伤设备的开发制造还刚刚起步 ,而随着质量控制技术的发展与进步我国对于漏磁探伤设备的市场需求将越来越大。因此 ,缩小同国外的无损检测设备制造水平的差距是当前我国无损检测业界同仁的重要且紧迫的任务。  
       随着现代科学技术的发展 ,尤其是计算机技术的发展 ,仪器的体积越来越小、处理速度越来越快、功能越来越强大。漏磁检测理论研究及探伤系统的传感器性能、数据处理等方面也都有很大的进步。下面就漏磁场的理论计算、各种因素和缺陷漏磁场之间的关系、漏磁检测的磁化方法、采用的传感器种类、检测方式和信号处理技术分别作简要的归纳。随着现代各领域技术的相互交叉融入 ,各种技术相互促进发展 ,漏磁检测技术的应用研究也必将朝着趋于成熟、完善的方向发展。其发展趋势有以下几个方面 :
（1）高的处理速度
（2）传感器及智能传感器
（3）传器的智能化、小型化 
（4）系统的融入
（5）多信息融合技术
（6）高性和稳定性
（7）界面为友好直观
（8）操作为简易、快捷
（9）在线、离线检测的机电一体化
（10）网络技术的融入
（11）在役设备检测信息管理跟踪分析的研究
2.2漏磁检测的原理
       漏磁 (magnetic flux leakage ,简称MFL)无损技术由于速度、性高且对工件表面清洁度要求高等特点在金属材料的检测和相关产品的评估中得到广泛应用。与磁粉探伤不同 ,漏磁检测中信号不用磁粉显示 ,对环境 ；由于采用各种敏感元件 (如霍尔元件和线圈方式 ) ,检测结果直接以电信号输出 ,容易与计算机连接实现数字处理 ,因此其检测结果可存储和再现 ,便于检测信号的分析及检测结果的历史趋势分析。一般来说，漏磁信号的大小取决于四个因素，即：
１、监测仪器本身性能，包括传感器及配套系统、预处理电路和信号分析系统。
２、实际缺陷的几何形状和特性。
３、仪器速度和被测部件运行状况（如是否受力等）。
４、被检部件的磁性。
      目前对漏磁信号处理的方法主要有时域的波形分析法（包括信号峰峰值和短程能量等）、频域分析方法、小波分析和神经网络等，这些方法多的是针对特定工况的特定信息，采用检测信号与标准缺陷信号比较来进行缺陷分析，很少考虑到检测过程中不同因素对信号分析结果的影响，对缺陷类型、几何形状和部件工况等缺乏定量描述。
      当用磁化器磁化被测铁磁材料时，若材料的材质是连续-均匀的，则材料中的磁感应线将被约束在材料中，磁通是平行于材料表面的，几乎没有磁感应线从表面穿出，被检表面没有磁场。但当材料中存在着切割磁力线的缺陷时，材料表面的缺陷或组织状，态变化会使磁导率发生变化，由于缺陷的磁导率很小，磁阻很大，使磁路中的磁通发生畸变，磁感应线会改变途径，除了一部分磁通直接通过缺陷或在材料内部绕过缺陷外，还有部分的磁通会离开材料表面，通过空气绕过缺陷再重新进入材料，在材料表面缺陷处形成漏磁场。如果采用磁粉检测漏磁通的方法称为磁粉检测法，而采用磁敏传感器检测则称为漏磁检测法。
       漏磁检测的原理如图2•1所示。当铁磁性材料被外加磁铁磁化后，在板材内可产生强的感应磁场，若板材上存在腐蚀缺陷，则会在其相应的表面形成漏磁场，如在磁之间放置一个磁场探头（通常采用霍尔元件或线圈），则可探测到该漏磁场，由于漏磁场的强度与腐蚀缺陷的深度和大小有关，因此可以通过对漏磁场信号的分析来获得板材上产生腐蚀缺陷的情况。

      采用漏磁探伤的过程是对被检铁磁性材料进行磁化,然后测量其漏磁场信号，通过分析判断给出,后根据实际情况选择退磁与否。漏磁检测只限于检测铁磁性材料，主要是铁磁性材料的表面及近表面的检测。该方法具有探头结构简单-易于实现自动化--检测灵敏度高-不需要耦合剂-检测时一般不需要对表面进行清洗处理-可以实现缺陷的初步量化等特点。
2.2.1影响漏磁检测灵敏度的因素
1.磁化场
      磁化场的强弱对缺陷漏磁场影响很大。由于磁化场决定了工件磁化强度，从而影响到漏磁场的大小。当磁化强度较低时，漏磁场偏小，且增加缓慢；当此话感应强度达到包和值的80%左右时，漏磁场不仅幅度较大，而且随着磁化场的增加会增大。
2.缺陷方向、位置、深度和尺寸的影响
       缺陷的方向对漏磁检测的精度影响很大，当缺陷主频面与磁化场方向垂直时，产生的漏磁场。缺陷在容器壁中的位置对漏磁场的影响通常认为是：同样的缺陷位于表面时漏磁场大，且随着埋藏深度增大而逐渐减小，当埋藏深度足够大时，漏磁场将趋于零。缺陷的大小对漏磁场影响很大，当宽度相同，深度不同时，漏磁场随着缺陷深度的增加而增大，再一定范围内两者近似成直线关系。缺陷宽度对漏磁场的影响并非单调变化，在缺陷宽度很小时，随宽度的增大漏磁场有增加的趋势，但宽度较大时，宽度增大，漏磁场反而缓慢下降。
3.速度的影响
再检测过程中应尽量保持匀速进行，速度不同会造成漏磁信号形状上的不同。
4.容器焊缝表面粗糙度的影响
表面粗糙度的不同使传感器与被测表面的提离值发生动态变化，从而影响了检测灵敏度的一致性。
5.氧化皮及铁锈的影响
表面的氧化皮、铁锈等杂物，可能在过程中产生伪信号，在过程中应及时确认或修复。
2.2.2各种因素和缺陷漏磁场之间的关系
1. 磁化强度对漏磁场的影响
       缺陷漏磁场的峰峰值起初随着磁化磁场强度的增大而增大,增大到一定值时,趋于平缓。当铁磁材料进入磁饱和状态时,外界磁化磁场强度的增大对裂纹磁场强度的贡献不大。磁路的设计应尽可能使被测材料达到近饱和磁化状态。
2. 裂纹深度对漏磁场的影响
       裂纹宽度固定的条件下,在一定范围内,磁感应强度与缺陷深度近似成线性关系。狭缝越深,漏磁场越强,直至达到漏磁场对狭缝深度的进一步增大不敏感的深度为止。
3. 裂纹宽度对漏磁场的影响
对于相同深度的缺陷,在相同的磁化条件下,随着宽度的增加,漏磁场强度增加,然后减小。
4. 提离值对漏磁场的影响
      当提离值过裂纹宽度两倍时,随着提离高度的增加,漏磁场强度下降。传感器支架的设计使探头在被检测表面扫查时提离值保持恒定,一般要小于2mm。
5. 裂纹埋藏深度对漏磁场的影响
     近表面裂纹比表面裂纹产生的漏磁场弱,对于相同形状大小的缺陷,埋藏深度与漏磁场幅值近似成线性关系。
   在这里，我们主要研究的是提离值对漏磁场的影响。
2.3漏磁检测的优点
漏磁检测有以下优点：
（1）易于实现自动化，漏磁检测方法是由传感器信号，然后由软件判断有陷 ,因此非常适合于组成自动检测系统。实际工业生产中 ，漏磁检测被大量应用于钢坯、钢棒、钢管的自动化检测。
（2）较高的检测性，漏磁检测一般采用计算机自动进行缺陷的判断和报警，减少了人为因素的影响。
（3）可实现缺陷的初步定量 ，缺陷的漏磁信号与缺陷形状尺寸具有一定的对应关系 ,从而可实现对缺陷的初步量化 ，这个量化不仅可实现缺陷的有无判断 ，还可对缺陷的危害程度进行初步评价。
（4）能、 ，采用传感器信号 ，速度且无任何污染。漏磁检测的缺点除了跟磁粉检测相似外，还由于检测传感器不可能象磁粉一样紧贴被检测表面，不可避免地存在一定的提离值，从而降低了检测灵敏度；另一方面 ，由于采用传感器检测漏磁场，不适合检测形状复杂的试件。
2.4漏磁无损检测采用传感器的种类及检测方法
       漏磁检测采用的传感器种类有线圈、霍尔器件、磁敏二管、磁敏电阻、磁通门、巨磁阻传感器等。目前比较常用的传感器元件为线圈和霍尔器件。因为线圈缠绕的匝数、几何形状和尺寸较为灵活,根据测量目的的不同,线圈可以做成多种形式。线圈的匝数和相对运动速度、截面积决定测量的灵敏度。而霍尔元件的优点是较宽的响应频带、制造工艺成熟、温度特性和稳定性较好等。
漏磁检测主要采用的方式有：
1.单传感器检测
 2.传感器阵列检测
 3.聚磁技术
4.磁屏蔽技术
2.5 漏磁检测标准现状
        漏磁检测再自动方面优势明显。上已经制订了ISO 9598《无缝和焊接铁磁性压力钢管横向缺陷的全圆周传感器和漏磁探伤》和ISO 9402《无缝和焊接铁磁性压力钢管纵缺陷的全圆周传感器和漏磁探伤》两项标准，即EN 10246/4：1999《无缝铁磁性钢管的自动全圆周磁传感器和漏磁检测》，用以检测纵向缺陷;EN 10246/5:1999《无缝和焊接（埋弧焊除外）铁磁性钢管的自动全圆周磁传感器和漏磁检测》，用以检测纵向缺陷。美国方面有ASTM E570-1997《铁磁性钢管制品漏磁检验实施方法》和API对铁磁性材料检验的一些要求。
      1991年5月我国了部漏磁检测标准钢GB/T 12606-1990《钢管及圆钢棒的漏磁探伤方法》，规定了铁磁性钢管、圆钢棒表面缺陷的漏磁探伤方法。在1998年又进行了标准修订。但再压力容器检测方面，国内外都还没有标准提出来采用漏磁方法。

3章  ANSYS有限元分析
3.1 ANSYS的产生
      自上个世纪后半页以来，人类科技便已不可阻挡之势迅猛向前发展。而其中有代表性的当属计算机科学的进步。对于工程界的广大人事而言，这不可不谓是一种福音。在工程实用的诸多领域里，为寻求的、优的工艺和技术方案，以往凭借和依赖的直觉、经验、试验和“尝试法”随着工艺设计要求的日益严格，求质量所引发竞争的口臻激烈，已开始显得力不从心。倘若利用计算机这一手段，并辅以相应软件，进行虚拟加工，则可提高产品加工质量，省时省力，降。
ANSYS正是再这样一种大前提下，应运而生的。
3.2 ANSYS简介
      ANSYS软件式世界上的大型通用有限元计软件，具有强大求解和前、后处理功能，为我们解决复杂、庞大的工程项目和致力于高水平的科研攻关提供了一个两地工作环境，使我们从繁杂、单调的常规有限元编程中解脱出来。
       在求解电机磁场问题时，常用的数值计算方法有差分法、边界元法和有限元法三种，目前广泛采用的是有限元法。作为一种多功能有限元分析软件，ANSYS已广泛应用于许多工程领域。
       美国ANSYS公司成立于1970年，由John Swanson博士创立的。总部位于美国宾夕法尼亚州的匹兹堡。ANSYS程序是该公司开发的主要产品，ANSYS大型通用有限元分析软件融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体，交互式操作菜单环境，大地简化了分析过程的操作性，使设计分析加直观和可视化，不仅提供了求解器，同时提供了前后处理器，对模型的创建和结果的处理加方便。
       ANSYS软件是融热、电磁、流体、声学于一体的大型通用有限元分析软件。采用ANSYS有限元分析软件中相关电磁计算方法,可以对被检测的构件和漏磁检测方法,建立漏磁检测的有限元分析模型,从计算结果中分析研究检测的机理,为检测传感器的设计和分析提供理论指导。通过ANSYS软件可以模拟各种缺陷试验,分析过程可以分为三个阶段。,前处理阶段,此阶段先建立实体模型、定义出材料一些相关参数(有限单元的划分,有限单元的输入和输出参数)；二,求解阶段,施加载荷,通过求解器求解；后为处理阶段,查看模拟算的,根据它的输出,可以产生试验模型的磁力线图、矢量磁位、磁感应强度、磁场强度的等值图、矢量图等。计算时间的多少和模拟的近似程度,主要取决于模型的维数、单元的多少。在目前快的台式PC机上,漏磁检测模型的二维有限元计算已经能较地给出。
 根据管道内漏磁检测器的工作状态，忽略次要因素的影响，可以为其建立二维或三维的有限元分析模型，进行静态磁场分析计算。选择ANSYS分析模型时应充分考虑到其对称性，具有对称性的模型可只为一部分建模，从而大大减少模型的大小，提高运算速度。进行二维有限元分析是在设存在的缺陷为环状缺陷的前提下进行的，通过二维分析可以掌握管壁缺陷漏磁信号的一些规律，但是，管壁上的大多数缺陷是点状或面状的，当缺陷的长度和深度相同时，不同宽度的缺陷产生的漏磁信号时有差别的，为了研究缺陷的宽度对漏磁信号的影响需要建立三维有限元模型。
       三维有限元模型是一个复杂的过程，但由于研究为缺陷附近的漏磁情况，因此并非一定要建立有限元的全模型，可以根据要分析的缺陷的大小选择半模型、四分之一模型或八分之一模型（八分之一模型实际存在八个缺陷的管道）缺陷漏磁场的范围为缺陷表面积的2-5倍，选择三维模型应以要分析缺陷的实际情况而定，以两个缺陷漏磁场互不影响为原则。经过三维有限元分析，漏磁信号接近于实际侧的信号。
       ANSYS的分析功能包括结构分析、非线性分析、热分析、电磁场分析、电场法分析、流体流动分析、耦合磁场分析。在本论文中我们主要应用的是ANSYS的电磁场分析功能。
      ANSYS将模型信息(单元、节点、材料等)、边界信息（载荷、约束等）以及后处理信息（求解结果等）集成在一个数据库中，这些功能增强了程序的电磁分析能力和灵活性。
       ANSYS软件主要包括三部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。 前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、压力分析，可以模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可以将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流显示、立体切片显示等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示。软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种材料和结构。该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。目前版本为ANSYS5.4版，其微机版本要求的操作系统为bbbbbbs 95或bbbbbbs NT,也可运行于UNIX系统下。微机版的基本硬件要求为：显示分辨率为1024×768，显示内存为2M以上，硬盘大于350M，使用17英寸显示器。
3.3 ANSYS软件特点
该软件具有以下三方面的特点。
（1）强大而广泛的分析功能：可以广泛应用于结构、热、流体、电磁、声学等多物理场及多场耦合的线性和非线性问题的分析。
（2）一体化的处理技术：主要包括几何建模、自动网格划分、求解、后处理、优化设计等多种功能及实现工具。
（3）丰富的产品系列和完善的开放体系：不同的产品配套可应用于各种工业领域，如航空、航天、船舶、汽车、、铁道、机械、电子、核工业、能源、建筑、医疗等。
ANSYS具体分析步骤：
（1）创建有限元模型，包括：
   ①创建或读入几何模型
   ②网格划分
   ③定义材料属性
（2）施加载荷并求解。施加载荷及载荷选项、设定约束条件，然后求解。
（3）后处理。计算或查看结果，然后检验结果。
3.4 ANSYS软件的具体应用
3.4.1 前处理器
1.创建实体模型
        实际模型的建立要根据漏磁检测装置测量部分的实际形状，管道模型具有明显的轴对称特征，可只为一部分建模，再ANSYS的二维轴对称分析中，Y轴对称为对称轴，且在X轴上只能有正值。建立二维实体模型模拟的是环状缺陷的漏磁情况，当研究缺陷的宽度对漏磁信号有影响时需要建立三维模型。ANSYS程序的模型输入可以采用MKS,CGS或其他一些单位制，系统缺省的单位是MKS，这里采用系统的缺省单位制。一旦选用了一种单位制，以后所有的输入均要按照这种单位制。
2 .定义材料属性
      ANSYS程序提供了了丰富的线性和非线性材料的表达方式，包括各项同性或正交各项异性的线性导磁率，材料的BH曲线等。在漏磁模型中需要定义空气、磁铁、轭铁和管壁材料的属性。
（1） 空气  其磁特性式线性的，定义相对磁导率 。
（2） 管壁  其材料特性要根据所选用的管材确定，常用的钢管材料有Q235,X52,X60和X70等多种牌号试验模型选用常用的X60号钢，查找磁性手册，输入BH曲线。
（3） 轭铁   常采用高磁导率的低碳钢
（4） 磁铁   其描述分为不同的种类，点磁铁的描述需要要计算出磁铁截面的电流度JS，永磁铁的磁体行则是通过磁矫顽力矢量和退磁B-H曲线描述的，大多数的漏磁检测器中选用的都是剩磁、矫顽力、静态大磁能积具有优值的永磁材料Nd-Fe-B型磁铁作为励磁装置 。
3 .划分网络格
      在给模型划分网格之前需要给部分区域定义单元类型、材料属性、实常数和单元坐标系。研究中关心的是泄漏到空气中的漏磁场的情况，环绕系统的空气模型建立的或大或小都会影响终结果。ANSYS的无限边界单元（原场单元）解决了这一难题，应用中需要为无限边界加远场方向标志（INF），用于说明单元边朝向开放区域。
       在ANSYS中有自由网格生成器、映射网格生成器和智能网格生成器。其中智能网格生成器是一种的剖分工具，其在剖分的过程中会考虑到模型中的几何曲率来划分单元。在二维模型分析中对分析精度的要求不是太高，计算的数量也不是很大，采用了智能网格生成器划分单元，再对特别关心的区域进行细化。三维模型是将二维模型围绕对称轴旋转一定的角度得到的。
3.4.2 求解器
       求解器的功能是求解关于自由度的联立线性方程组，求解的时间要示模型的大小（即自由度的数目）和计算的配置而定。ANSYS提供了两种直接求解器，即波前求解器和系数矩阵求解器；同时还提供了三个迭代求解器，即PCG，JCG和ICCG。二维静态磁场分析采用的是磁失势法，使用波前求解器，而对非常大的模型，JCG和PCG求解器有效。本模型自由度的数目较少，采用波前求解器。三维静态磁场分析有磁标势法、基于单元边的方法，本模型分析的是永磁体产生的磁场，选用磁标势法。在磁标势法中还包括简化标势法（RSP）、差分标势法（DSP）和通用标势法（GSP）三种分析方法，采用GSP方法进行求解。
3.4.3 后处理器
       ANSYS的后处理器可以以图表和的形式给出处理，提供了二维磁力线图、矢量磁位图、磁感应强度等值线图、沿路径显示图等多种表达方式。

4章  漏磁检测中提离值的研究
4.1 有限元分析提离值对漏磁信号的影响
       提离（即传感器与管道内壁的间距）对检测信号的影响很大。采用有限元分析方法可以模拟出各种情况下，不同提离值的检测结果。有限元分析软件ANSYS的后处理器可以定义显示路径，不同的路径代表不同的提离值下传感器的测量情况，在其他条件不便的情况下，提离值越小测出的漏磁信号幅值越大通常将信号的峰峰值作为评价其幅值的参量。