一種基于正交試驗(yàn)的漏磁檢測系統(tǒng)的磁路優(yōu)化設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于正交試驗(yàn)的漏磁檢測系統(tǒng)的磁路優(yōu)化設(shè)計方法，該方法包括設(shè)計磁路仿真模型、編寫仿真程序、設(shè)計影響因子水平表并生成正交試驗(yàn)表、執(zhí)行仿真程序并得到仿真結(jié)果、計算漏磁信號、進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、得到最優(yōu)磁路設(shè)計等步驟。本發(fā)明結(jié)合漏磁檢測系統(tǒng)磁路優(yōu)化設(shè)計，基于大量數(shù)學(xué)分析和仿真，提出了一種新的磁路優(yōu)化方法，其能夠在有限的試驗(yàn)次數(shù)獲得與遍歷試驗(yàn)相似的試驗(yàn)結(jié)果，節(jié)省了計算時間和大規(guī)模的數(shù)據(jù)處理，提高了磁路優(yōu)化的準(zhǔn)確性和效率。
【專利說明】一種基于正交試驗(yàn)的漏磁檢測系統(tǒng)的磁路優(yōu)化設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磁路優(yōu)化設(shè)計【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于正交試驗(yàn)的漏磁檢測系統(tǒng)的磁路優(yōu)化設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油行業(yè)的不斷發(fā)展，大多數(shù)油氣管道工作已超過十年，為避免因管道腐蝕造成的石油泄漏，需要使用管道內(nèi)檢測器對在役管道進(jìn)行定期檢測。目前部分尺寸管道內(nèi)檢測器研制技術(shù)仍被國外壟斷，我國對相關(guān)技術(shù)仍處于技術(shù)攻關(guān)階段，而漏磁檢測是目前最常用的管道缺陷檢測技術(shù)，因此，針對石油管道缺陷檢測的漏磁磁路優(yōu)化設(shè)計就成為管道內(nèi)檢測器研制的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]在整個漏磁檢測系統(tǒng)中，會影響到磁路的因素有:管壁厚度、管壁材料、永磁體尺寸、永磁體間距、永磁體材料、鐵軛尺寸、鐵軛材料、磁墊尺寸、磁墊材料、抗磨墊尺寸、抗磨墊材料、安裝形式及緊固件材料等。會影響到漏磁信號強(qiáng)弱的因素有:傳感器提離值、缺陷大小、內(nèi)外缺陷、運(yùn)行速度、內(nèi)部壓力等。
[0004]根據(jù)各種影響因子，結(jié)合漏磁檢測原理，現(xiàn)有技術(shù)中已設(shè)計出單組磁路模型，如圖1所示。該模型由鐵軛、永磁體、磁墊、抗磨墊、鋼管、通孔和空氣層組成。其中，組成磁路設(shè)計的可變參數(shù)共10個，分別為:永磁體長度L。、永磁體高度H。、永磁體間距D。、鐵軛高度Ητ、磁墊高度Hm、抗磨墊高度HM、傳感器提離值dt、磁體矯頑力HCB、抗磨墊相對磁導(dǎo)率和鐵軛材料。通過仿真單組影響因子參數(shù)，優(yōu)化網(wǎng)格剖分，選擇適合的解算方法，可以得到如圖2所示的1/2模型的磁路結(jié)果。根據(jù)傳感器提離值的選擇，可以得到提離值高度測線上的漏磁信號，如圖3所示，中心點(diǎn)最大幅值是通孔上方的磁場值，下降到最小值為本底磁場值，兩者的差值為傳感器能檢測到的漏磁信號?？梢?，磁路優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)是漏磁信號越大越好。
[0005]此前，發(fā)明人通過大量仿真已經(jīng)分別了解這些參數(shù)對磁路的定性影響，并通過經(jīng)驗(yàn)結(jié)合仿真確定了一組磁路參數(shù)用于試驗(yàn)設(shè)計。但是，各因子不同的組合又會形成不同的磁路，由于影響因子數(shù)量較多，無法實(shí)現(xiàn)遍歷仿真試驗(yàn)，使得無法得到多因子組合參數(shù)下最優(yōu)的磁路設(shè)計，即磁路的綜合性能優(yōu)化。
[0006]傳統(tǒng)的磁路設(shè)計方法主要有兩種，一種是通過經(jīng)驗(yàn)設(shè)計好各參數(shù)初值，再利用遍歷試驗(yàn)的方法得到最優(yōu)值，這種方法的缺點(diǎn)是用戶的經(jīng)驗(yàn)占設(shè)計中的比重較大；為了減少遍歷試驗(yàn)的次數(shù)，通?？勺儏?shù)不能太多，如有3個參數(shù)，每個參數(shù)設(shè)計3個水平，那么遍歷試驗(yàn)需要進(jìn)行33共27組，如果進(jìn)行10組影響因子的三個不同水平的遍歷試驗(yàn)，需要進(jìn)行310 = 59049組試驗(yàn)，若每組試驗(yàn)花費(fèi)6分鐘，共需耗時5904.9小時，因此很難得到最佳的優(yōu)化值。另一種是照搬成熟產(chǎn)品的參數(shù)值，不但存在侵權(quán)風(fēng)險，還有可能由于材料屬性選取不一致造成無法達(dá)到預(yù)期效果。以上兩種方法都無法定量的描述磁路優(yōu)化水平，也無法確定參數(shù)選取是否為最優(yōu)值。
[0007]綜合以上現(xiàn)有技術(shù)可知，漏磁檢測系統(tǒng)的磁路優(yōu)化設(shè)計中存在以下三個難點(diǎn):
[0008]1、如何設(shè)計仿真模型使得仿真結(jié)果精度較高，能夠指導(dǎo)試驗(yàn)；[0009]2、如何在提聞精度的同時減少試驗(yàn)時間,提聞計算速度；
[0010]3、在無法遍歷所有仿真參數(shù)的情況下，如何選擇每種影響因子的最佳取值，從而獲得最大漏磁信號，同時在多種影響因子中，哪種因子對磁路設(shè)計影響權(quán)重大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]為解決這些技術(shù)難題，本發(fā)明的目的在于設(shè)計一種基于正交試驗(yàn)的漏磁檢測系統(tǒng)的磁路優(yōu)化設(shè)計方法。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種基于正交試驗(yàn)的漏磁檢測系統(tǒng)的磁路優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟:
[0013]步驟1:設(shè)計磁路仿真模型；
[0014]步驟2:編與仿真程序；
[0015]步驟3:設(shè)計影響因子水平表，并根據(jù)水平數(shù)和影響因子數(shù)計算生成正交試驗(yàn)表；
[0016]步驟4:根據(jù)正交試驗(yàn)表，執(zhí)行仿真程序并得到仿真結(jié)果；
[0017]步驟5:在仿真結(jié)果中選取漏磁信號大小作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，計算漏磁信號；
[0018]步驟6:進(jìn)行四種數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，其中，在正交試驗(yàn)表中添加仿真結(jié)果，根據(jù)該仿真結(jié)果進(jìn)行極差分析、平方和計算、F比計算、因子貢獻(xiàn)率四種數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析；以及
[0019]步驟7:得到最優(yōu)磁路設(shè)計。
[0020]優(yōu)選地，在所述步驟2中，借助VISUAL C++集成開發(fā)環(huán)境，編寫界面設(shè)計語言，編寫調(diào)用磁路仿真軟件和修改影響因子參數(shù)的功能，生成仿真程序的可執(zhí)行文件。
[0021]優(yōu)選地，在所述步驟3中，選取10個影響因子，包括:永磁體長度L。、永磁體高度
H。、永磁體間距D。、鐵軛高度Ht、磁墊高度Hm、抗磨墊高度HM、傳感器提離值dt、磁體矯頑力HCB、抗磨墊相對磁導(dǎo)率和鐵軛材料。
[0022]優(yōu)選地，在所述步驟3中，正交表Ln(Cf)行數(shù)n，列數(shù)p，水平數(shù)q間關(guān)系如下:
[0023]n = qk, k = 2, 3, 4,...，p = (η-1) / (q_l) (2)。
[0024]優(yōu)選地，在所述步驟4中，根據(jù)正交試驗(yàn)表，應(yīng)用仿真程序的可執(zhí)行文件輸入影響因子相應(yīng)數(shù)值，調(diào)用仿真程序以得到仿真結(jié)果。
[0025]優(yōu)選地，在所述步驟5中，在仿真結(jié)果中選取漏磁信號大小作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，漏磁信號計算公式如下:
[0026]Xleakage — Xmax_Xmin ⑴
[0027]其中，Xmax為軸向分量漏磁場最大幅值，Xmin為漏磁場最小值作為本底噪聲估計。
[0028]優(yōu)選地，在所述步驟6中，極差分析得到每個影響因子的三個水平中的最優(yōu)值，根據(jù)極差分析結(jié)果可進(jìn)行平方和計算，進(jìn)而得到F比計算和因子貢獻(xiàn)率分析，F(xiàn)比計算和因子貢獻(xiàn)率均反映不同影響因子對整個磁路設(shè)計的影響水平，基于得到的結(jié)果進(jìn)行綜合分析。
[0029]優(yōu)選地，在所述步驟6中，
[0030]在極差分析中，設(shè)影響因子A的極差計算公式為:
[0031]R ( - max(’廠)—min(’廠)(3)
[0032]其中^為因子A的第i個水平得到的結(jié)果之和Ti的均值，極差越大說明該因子對于結(jié)果的影響越大，Hiax(Ti)為三個水平中的最佳值；[0033]在平方和計算中，借助方差分析，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計算總平方和:
【權(quán)利要求】
1.一種基于正交試驗(yàn)的漏磁檢測系統(tǒng)的磁路優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: 步驟1:設(shè)計磁路仿真模型； 步驟2:編寫仿真程序； 步驟3:設(shè)計影響因子水平表，并根據(jù)水平數(shù)和影響因子數(shù)計算生成正交試驗(yàn)表； 步驟4:根據(jù)正交試驗(yàn)表，執(zhí)行仿真程序并得到仿真結(jié)果； 步驟5:在仿真結(jié)果中選取漏磁信號大小作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，計算漏磁信號； 步驟6:進(jìn)行四種數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，其中，在正交試驗(yàn)表中添加仿真結(jié)果，根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行極差分析、平方和計算、F比計算、因子貢獻(xiàn)率四種數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析；以及步驟7:得到最優(yōu)磁路設(shè)計。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟2中，借助VISUALC++集成開發(fā)環(huán)境，編寫界面設(shè)計語言，編寫調(diào)用磁路仿真軟件和修改影響因子參數(shù)的功能，生成仿真程序的可執(zhí)行文件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟3中，選取10個影響因子，包括:永磁體長度L。、永磁體高度H。、永磁體間距D。、鐵軛高度Ht、磁墊高度Hm、抗磨墊高度Hm、傳感器提離值dt、磁體矯頑力HCB、抗磨墊相對磁導(dǎo)率和鐵軛材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟3中，正交表1^((^行數(shù)n，列數(shù)P，水平數(shù)q間關(guān)系如下:
n = qk, k = 2, 3，4，…，p = (η-1) / (q_l)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟4中，根據(jù)正交試驗(yàn)表，應(yīng)用仿真程序的可執(zhí)行文件輸入影響因子相應(yīng)數(shù)值，調(diào)用仿真程序以得到仿真結(jié)果。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟5中，在仿真結(jié)果中選取漏磁信號大小作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，漏磁信號計算公式如下:
Xleakage Xmax -Xmin 其中，Xmax為軸向分量漏磁場最大幅值，Xmin為漏磁場最小值作為本底噪聲估計。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟6中，極差分析得到每個影響因子的三個水平中的最優(yōu)值，根據(jù)極差分析結(jié)果可進(jìn)行平方和計算，進(jìn)而得到F比計算和因子貢獻(xiàn)率分析，F(xiàn)比計算和因子貢獻(xiàn)率均反映不同影響因子對整個磁路設(shè)計的影響水平，基于得到的結(jié)果進(jìn)行綜合分析。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟6中， 在極差分析中，設(shè)影響因子A的極差計算公式為:
Ra = max( T1) — min( Tj) 其中^為因子A的第i個水平得到的結(jié)果之和Ti的均值，極差越大說明該因子對于結(jié)果的影響越大，Hiax(Ti)為三個水平中的最佳值； 在平方和計算中，借助方差分析，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計算總平方和:
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在所述步驟7中，綜合F比計算中顯著性水平值和因子貢獻(xiàn)率的百分比，得到對磁路優(yōu)化最重要的影響因子，挑選極差計算中最高的水平為其參數(shù)，其他影響因素根據(jù)實(shí)際情況盡可能選擇極差計算中的最高水平，從而得到最優(yōu)的影響因子參數(shù)組合，根據(jù)組合得到最優(yōu)磁路設(shè)計。
【文檔編號】G06F17/50GK104008251SQ201410259480
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】高雯, 鄭莉, 許振豐, 徐玉峰 申請人:北京華航無線電測量研究所