一种基于间距效应的聚氨酯保温管介质层缺陷对比方法及应用

1.本发明涉及无损检测信号处理技术领域，尤其是一种基于间距效应的聚氨酯保温管介质层缺陷对比方法及应用。


背景技术：

2.目前，聚氨酯保温管被广泛应用于热油、供热和供冷的输送及石油、化工、煤矿、暖室、冷库等行业的保温保冷工程，并在相关应用领域发挥重要作用。聚氨酯保温管由工作钢管(工作管)、硬质聚氨酯泡沫塑料(保温层)和高密度聚乙烯外套管(保护层)组成。在聚氨酯保温管生产、运输、安装和运行过程中，工作管、保温层和保护层等三种介质层会存在缺陷，以上缺陷均会影响聚氨酯保温管应用领域安全，产生安全隐患和安全事故。鉴于聚氨酯保温管输送介质的特殊性，与常规输送管道安全事故相比，聚氨酯保温管会造成更加严重的人员伤亡和财产损失。对聚氨酯保温管中的工作管缺陷、保温层缺陷和保护层缺陷进行对比区分，有助于采取合理维修方案，及早排除安全隐患，这对保障聚氨酯保温管应用领域安全具有重要意义。
3.电容成像检测技术是一种新型的无损检测技术，它能对绝缘材料缺陷和金属材料缺陷进行有效检测。电容成像检测技术间距效应是指当基于电容成像检测技术的电容传感器具有不同的电极间距时，电容传感器会检测到不同深度的被测物体物理特征。在聚氨酯保温管三种介质层中，保护层和保温层为绝缘材料，工作管为金属材料。目前，电容成像检测技术仅能对聚氨酯保温管中的保护层缺陷、保温层缺陷和工作管缺陷进行检出，无法实现聚氨酯保温管三种介质层缺陷的区分。
4.因此，针对聚氨酯保温管中保护层缺陷、保温层缺陷和工作管缺陷等三种介质层缺陷，有必要提出一种能够应用于上述缺陷的区分方法。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种基于间距效应的聚氨酯保温管介质层缺陷对比方法及应用。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于间距效应的聚氨酯保温管介质层缺陷对比方法，包括如下步骤：
7.步骤1，接收输入的不同电极间距下的电容成像检测信号；
8.步骤2，对步骤1所得的电容成像检测信号求缺陷信号变化绝对值|
△yn
|，并判断|
△yn
|是否大于等于预设阈值pn，若否，则判定缺陷不存在，若是，则判定缺陷存在；
9.步骤3，判定缺陷存在后，对步骤1所得的电容成像检测信号求畸变率ryn，提取缺陷中心处的ryn，并在同一起点绘制ryn曲线簇图；
10.步骤4，判断ryn曲线簇是否具有单调性或凹凸性；如果否，则判定不属于单一介质层缺陷；如果是，则进行下一步判断；
11.步骤5，判断ryn曲线簇中是否存在小于0的ryn曲线；如果是，则判定此ryn曲线为聚氨酯保温管保护层缺陷，其余ryn曲线在相交点左侧数值较大的ryn曲线为聚氨酯保温管保温层缺陷，数值较小的ryn曲线为聚氨酯保温管工作管缺陷；如果否，则进行下一步；
12.步骤6，根据ryn曲线是否相交对ryn曲线簇进行分类；不相交的ryn曲线为聚氨酯保温管保温层缺陷；每个相交点左侧数值较大的ryn曲线为聚氨酯保温管保护层缺陷，数值较小的ryn曲线为聚氨酯保温管工作管曲线。
13.上述的一种基于间距效应的聚氨酯保温管介质层缺陷对比方法，所述步骤1中不同电极间距下的电容成像检测信号包括有限个连续增大的电极间距下的电容传感器检测含三种介质层缺陷聚氨酯保温管的检测信号yn和不同电极间距下的电容传感器检测无缺陷聚氨酯保温管的检测信号ysn。
14.上述的一种基于间距效应的聚氨酯保温管介质层缺陷对比方法，所述步骤2中缺陷信号变化绝对值|
△yn
|＝|y
n-ysn|。
15.上述的一种基于间距效应的聚氨酯保温管介质层缺陷对比方法，所述步骤2中预设阈值pn是根据不同电极间距下的电容传感器检测无缺陷聚氨酯保温管的检测信号ysn设置预设阈值pn。
16.上述的一种基于间距效应的聚氨酯保温管介质层缺陷对比方法，所述步骤3中畸变率ryn＝(y
n-ysn)/ysn，所述缺陷中心处的ryn为畸变率的极大值或极小值，所述ryn曲线簇图由离散的缺陷中心处ryn值拟合而成。
17.上述的一种基于间距效应的聚氨酯保温管介质层缺陷对比方法，所述步骤2中缺陷信号变化绝对值|
△yn
|、步骤3中畸变率ryn、步骤4中判断ryn曲线簇是否具有单调性或凹凸性均借助excel软件、labview软件、mathtype软件、matlab软件、python软件同时进行求取，以确保求取的准确性。
18.上述的一种基于间距效应的聚氨酯保温管介质层缺陷对比方法的应用，应用于多个电极间距下对含三种介质层缺陷的聚氨酯保温管进行缺陷判断。
19.本发明的有益效果是，本发明根据电容成像检测技术间距效应，具有不同电极间距的电容传感器能检测到不同深度的被测物体物理特征，因此采用不同电极间距的检测结果，并对检测结果进行数据处理，发现三种介质层缺陷对应畸变率曲线的内在规律，从而实现聚氨酯保温管三种介质层缺陷的对比区分；本发明提供的方法能同时避免噪声信号和混合介质层缺陷对三种介质层缺陷区分的干扰。
附图说明
20.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
21.图1为本发明缺陷对比方法流程图；
22.图2为本发明预设阈值设定流程图；
23.图3为本发明实施例1中聚氨酯保温管结构图；
24.图4～图11为本发明实施例1中8个不同未知提离高度下检测聚氨酯保温管三种介质层缺陷的畸变率曲线簇图。
具体实施方式
25.为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
26.如图1所示，本发明公开了一种基于间距效应的聚氨酯保温管介质层缺陷对比方法，可应用于多个电极间距下对含三种介质层缺陷的聚氨酯保温管进行缺陷判断，具体包括如下步骤：
27.s101,接收输入的不同电极间距下的电容成像检测信号，其中所述不同电极间距下的电容成像检测信号包括有限个连续增大的电极间距(d1《d2《
……
《d
n-1
《dn)下的电容传感器检测含三种介质层缺陷聚氨酯保温管的检测信号(y1、y2、
……
、y
n-1
、yn)和不同电极间距(d1《d2《
……
《d
n-1
《dn)下的电容传感器检测无缺陷聚氨酯保温管的检测信号(ys1、ys2、
……
、ys
n-1
、ysn)。
28.具体的，信号和数学处理软件接收输入的不同电极间距下的电容成像检测信号，其中电容成像检测信号为有限个连续增大的电极间距(d1《d2《
……
《d
n-1
《dn)下的电容传感器检测含三种介质层缺陷聚氨酯保温管的检测信号(y1、y2、
……
、y
n-1
、yn)和不同电极间距(d1《d2《
……
《d
n-1
《dn)下的电容传感器检测无缺陷聚氨酯保温管的检测信号(ys1、ys2、
……
、ys
n-1
、ysn)。
29.s102，对所述电容成像检测信号求缺陷信号变化绝对值|
△yn
|＝|y
n-ysn|；
30.s103，判断缺陷信号变化绝对值|
△yn
|是否大于等于预设阈值pn；
31.s104，如果否，则判定三种介质层缺陷不存在；
32.s105，如果是，则判定缺陷存在。
33.具体的，信号或数学处理软件接收到检测信号后，调用预先编制好的计算机处理程序求缺陷信号变化绝对值|
△yn
|＝|y
n-ysn|。引入预设阈值pn，对缺陷信号变化绝对值|
△yn
|与预设阈值pn进行比较，大于阈值pn的表示缺陷存在，小于阈值pn的表示缺陷不存在。其中，预设阈值pn的确定为信号或数学处理软件接收电容传感器检测无缺陷聚氨酯保温管的检测信号ysn的动态变化比例，用于避免噪声信号干扰和提高三种介质层缺陷判别精度，例如采用pn＝|(6％～10％)ysn|，如图2所示，包括：a01，接收不同电极间距dn下的电容传感器检测无缺陷聚氨酯保温管的检测信号ysn；a02，根据所述检测信号ysn获取不同电极间距dn下动态的预设阈值pn。
34.优选的，对电容成像检测信号求缺陷信号变化绝对值|
△yn
|＝|y
n-ysn|，对所述电容成像检测信号求缺陷信号变化绝对值|
△yn
|＝|y
n-ysn|包括借助excel软件求缺陷信号变化绝对值|
△yn
|、labview软件求缺陷信号变化绝对值|
△yn
|、mathtype软件求缺陷信号变化绝对值|
△yn
|、matlab软件求缺陷信号变化绝对值|
△yn
|和python软件求缺陷信号变化绝对值|
△yn
|。
35.s106，对不同电极间距电容成像检测信号求畸变率ryn＝(y
n-ysn)/ysn，其中不同电极间距(d1《d2《
……
《d
n-1
《dn)对应不同的缺陷信号畸变率(ry1、ry2、
……
、ry
n-1
、ryn)；
36.s107，提取缺陷中心处ryn值，并在同一起点绘制ryn曲线簇图，其中缺陷中心处的ryn值为相应缺陷畸变率的极大值或极小值，同一起点为同一工作电极间距，ryn曲线簇图由离散的缺陷中心处ryn值拟合而成。
37.优选的，对不同电极间距电容成像检测信号求畸变率ryn＝(y
n-ysn)/ysn，对不同
电极间距电容成像检测信号求畸变率ryn＝(y
n-ysn)/ysn包括借助excel软件求检测信号畸变率ryn、labview软件求检测信号畸变率ryn、mathtype软件求检测信号畸变率ryn、matlab软件求检测信号畸变率ryn和python软件求检测信号畸变率ryn。
38.s108，判断ryn曲线簇是否具有单调性或凹凸性；s109，如果否，则判定不属于单一介质层缺陷；如果是，则进行下一步判断。
39.s110，判断ryn曲线簇中是否存在小于0的ryn曲线；
40.s111，如果是，则判定此ryn曲线为保护层缺陷，其余ryn曲线在相交点左侧数值较大的ryn曲线为保温层缺陷，数值较小的ryn曲线为工作管缺陷；如果否，则进行下一步。
41.s112，根据ryn曲线是否相交对ryn曲线簇进行分类；
42.s113，不相交的ryn曲线为保温层缺陷；
43.s114，每个相交点左侧数值较大的ryn曲线为保护层缺陷，数值较小的ryn曲线为工作管曲线。
44.本发明提供的基于电容成像检测技术间距效应的聚氨酯保温管三种介质层缺陷对比区分方法，在接收输入的不同电极间距下的电容成像检测信号后，获取不同电极间距下的电容成像检测信号包括有限个连续增大的电极间距(d1《d2《
……
《d
n-1
《dn)下的电容传感器检测含三种介质层缺陷聚氨酯保温管的检测信号(y1、y2、
……
、y
n-1
、yn)和不同电极间距(d1《d2《
……
《d
n-1
《dn)下的电容传感器检测无缺陷聚氨酯保温管的检测信号(ys1、ys2、
……
、ys
n-1
、ysn)；通过信号和数学处理软件，求缺陷信号变化绝对值|
△yn
|＝|y
n-ysn|，并判断缺陷信号变化绝对值|
△yn
|是否大于等于预设阈值pn；如果否，则判定三种介质层缺陷不存在；如果是，则判定缺陷存在，实现对缺陷检测信号的过滤，防止噪声信号的干扰。为了防止不同介质层缺陷检测信号幅值相差过大，通过信号和数学处理软件，对不同电极间距电容成像检测信号求畸变率ryn＝(y
n-ysn)/ysn，其中不同电极间距(d1《d2《
……
《d
n-1
《dn)对应不同的缺陷信号畸变率(ry1、ry2、
……
、ry
n-1
、ryn)。为了让不同介质层缺陷显示在同一张图中，提取缺陷中心处ryn值，并在同一起点绘制ryn曲线簇图，其中缺陷中心处的ryn值为相应缺陷畸变率的极大值或极小值，同一起点为同一工作电极间距，ryn曲线簇图由离散的缺陷中心处ryn值拟合而成。为了防止混合介质层缺陷对本方法的干扰，判断ryn曲线簇是否具有单调性或凹凸性；如果否，则判定不属于单一介质层缺陷；如果是，则进行下一步判断。判断ryn曲线簇中是否存在小于0的ryn曲线；如果是，则判定此ryn曲线为保护层缺陷，其余ryn曲线在相交点左侧数值较大的ryn曲线为保温层缺陷，数值较小的ryn曲线为工作管缺陷；如果否，则进行下一步。根据ryn曲线是否相交对ryn曲线簇进行分类；不相交的ryn曲线为保温层缺陷；每个相交点左侧数值较大的ryn曲线为保护层缺陷，数值较小的ryn曲线为工作管曲线。本发明提供的方法能同时避免噪声信号和混合介质层缺陷对三种介质层缺陷区分的干扰，通过判断ryn曲线簇是否具有单调性或凹凸性、判断ryn曲线簇中是否存在小于0的ryn曲线、根据ryn曲线是否相交对ryn曲线簇进行分类等步骤来实现聚氨酯保温管三种介质层缺陷的对比区分。
45.基于上述区分方法，在实施例1中给出电极间距dn为具体数值的实验实施方法，以验证该方法的有效性。
46.【实施例1】
47.聚氨酯保温管被测试件示意图如图3所示，聚氨酯保温管由保护层、保温层和工作
管组成，这三种介质层分别由高密度聚乙烯、硬质聚氨酯泡沫塑料和钢三种不同材质构成，每一层介质层中均存在一个缺陷。利用电极间距dn为2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、5.5mm和6mm的电容传感器对聚氨酯保温管中保护层缺陷、保温层缺陷和工作管缺陷进行检测。除此之外，为了避免电容成像检测过程中提离高度因素对本发明方法的影响，实验过程中采用了8个未知提离高度对聚氨酯保温管进行检测。分别对获取的检测结果求缺陷信号变化绝对值|
△yn
|＝|y
n-ysn|、求畸变率ryn＝(y
n-ysn)/ysn、提取缺陷中心处ryn和在同一起点绘制畸变率曲线簇图，8个曲线簇图如图4～图11所示。以图4为例，图4中三条拟合曲线呈现单调性或凹凸性，根据本发明判定存在三种介质层缺陷；再判断畸变率曲线簇图中是否存在小于0的畸变率曲线，从图4可见，编号i畸变率曲线存在小于0的情况，由此判定编号i缺陷为保护层缺陷，另外两条曲线在相交点左侧编号ii曲线数值较大，编号iii曲线数值较小，即编号ii曲线为保温层缺陷，编号iii为工作管缺陷，以上三种介质层缺陷对比区分结果与图标完全吻合。以图11为例，图11中三条拟合曲线呈现单调性或凹凸性，根据本发明判定存在三种介质层缺陷；在判断畸变率曲线簇图中是否存在小于0的畸变率曲线，从图11可见，畸变率曲线簇图中不存在小于0的曲线；下一步，根据畸变率曲线是否相交对畸变率曲线簇进行分类，编号ii曲线与其他曲线不相交，即编号ii曲线为保温层缺陷，另外两条相交曲线中，编号i曲线在相交点左侧数值较大，编号iii曲线在相交点左侧数值较小，即编号i为保护层缺陷，编号iii为工作管缺陷，以上三种介质层缺陷对比区分结果与图标完全吻合。对于图5～图10，三种介质层缺陷对比区分结果与缺陷实际情况完全相符，在此不再累赘。
48.以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种基于间距效应的基于间距效应的聚氨酯保温管介质层缺陷对比方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，接收输入的不同电极间距下的电容成像检测信号；步骤2，对步骤1所得的电容成像检测信号求缺陷信号变化绝对值|
△
y
n
|，并判断|
△
y
n
|是否大于等于预设阈值p
n
，若否，则判定缺陷不存在，若是，则判定缺陷存在；步骤3，判定缺陷存在后，对步骤1所得的电容成像检测信号求畸变率ry
n
，提取缺陷中心处的ry
n
，并在同一起点绘制ry
n
曲线簇图；步骤4，判断ry
n
曲线簇是否具有单调性或凹凸性；如果否，则判定不属于单一介质层缺陷；如果是，则进行下一步判断；步骤5，判断ry
n
曲线簇中是否存在小于0的ry
n
曲线；如果是，则判定此ry
n
曲线为聚氨酯保温管保护层缺陷，其余ry
n
曲线在相交点左侧数值较大的ry
n
曲线为聚氨酯保温管保温层缺陷，数值较小的ry
n
曲线为聚氨酯保温管工作管缺陷；如果否，则进行下一步；步骤6，根据ry
n
曲线是否相交对ry
n
曲线簇进行分类；不相交的ry
n
曲线为聚氨酯保温管保温层缺陷；每个相交点左侧数值较大的ry
n
曲线为聚氨酯保温管保护层缺陷，数值较小的ry
n
曲线为聚氨酯保温管工作管曲线。2.根据权利要求1所述的一种基于间距效应的聚氨酯保温管介质层缺陷对比方法，其特征在于，所述步骤1中不同电极间距下的电容成像检测信号包括有限个连续增大的电极间距下的电容传感器检测含三种介质层缺陷聚氨酯保温管的检测信号y
n
和不同电极间距下的电容传感器检测无缺陷聚氨酯保温管的检测信号ys
n
。3.根据权利要求2所述的一种基于间距效应的聚氨酯保温管介质层缺陷对比方法，其特征在于，所述步骤2中缺陷信号变化绝对值|
△
y
n
|＝|y
n-ys
n
|。4.根据权利要求1所述的一种基于间距效应的聚氨酯保温管介质层缺陷对比方法，其特征在于，所述步骤2中预设阈值p
n
是根据不同电极间距下的电容传感器检测无缺陷聚氨酯保温管的检测信号ys
n
设置预设阈值p
n
。5.根据权利要求1所述的一种基于间距效应的聚氨酯保温管介质层缺陷对比方法，其特征在于，所述步骤3中畸变率ry
n
＝(y
n-ys
n
)/ys
n
，所述缺陷中心处的ry
n
为畸变率的极大值或极小值，所述ry
n
曲线簇图由离散的缺陷中心处ry
n
值拟合而成。6.根据权利要求1所述的一种基于间距效应的聚氨酯保温管介质层缺陷对比方法，其特征在于，所述步骤2中缺陷信号变化绝对值|
△
y
n
|、步骤3中畸变率ry
n
、步骤4中判断ry
n
曲线簇是否具有单调性或凹凸性均借助excel软件、labview软件、mathtype软件、matlab软件、python软件同时进行求取，以确保求取的准确性。7.基于权利要求1-6任一项所述的一种基于间距效应的聚氨酯保温管介质层缺陷对比方法的应用，其特征在于，应用于多个电极间距下对含三种介质层缺陷的聚氨酯保温管进行缺陷判断。

技术总结
本发明公开了一种基于间距效应的聚氨酯保温管介质层缺陷对比方法及应用，包括：接收输入的不同间距的电容成像检测信号，求缺陷信号变化绝对值，并判断是否大于等于预设阈值；若否，则缺陷不存在；若是，则缺陷存在；当缺陷存在时，对检测信号求畸变率，提取缺陷中心处畸变率值，绘制畸变率曲线簇图；判断曲线是否具有单调性或凹凸性；若否，则不属于单一层缺陷；若是，则判断畸变率是否小于0；若是，则此曲线为保护层缺陷，相交曲线在左侧较大的为保温层缺陷，较小的为工作管缺陷；若否，则根据曲线是否相交进行分类；不相交为保温层缺陷；相交曲线在左侧较大的为保护层缺陷，较小的为工作管缺陷。本发明能同时避免噪声信号和混合介质层缺陷对三种介质层缺陷区分的干扰。层缺陷对三种介质层缺陷区分的干扰。层缺陷对三种介质层缺陷区分的干扰。


技术研发人员：李振 殷晓康 张永波 马哲 常琳 张丛 王言哲 王继业
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/8/4