近年来，管道运输以其安全、便捷、高效等优点在石油、天然气等能源运输行业被广泛应用。截止到2020年底，我国油气长输管道里程累计达到16.9万km。相关数据表明，我国超过半数的管道已经进入服役的中后期。为避免发生管道泄漏事故和造成重大的生命财产损失，对管道进行有效的高精度完整性检测是必要的。管道漏磁内检测法具有操作简便、可靠性好、检测效果好等优势，被广泛用于对油气管道中缺陷的检测和量化。

漏磁检测可实现对油气管道内、外表面的金属损伤、焊缝等缺陷的有效无损检测，其原理示意图如图1所示。在利用磁体对管壁进行饱和磁化的状态下，如图1（a）所示，当管壁中不存在缺陷时，磁通回路没有扰动，空气中的磁敏传感器拾取到的漏磁场不会发生畸变；如图1（b）所示，当管壁中存在缺陷时，管体中的磁力线在缺陷界面处发生折射，导致管体外空气中漏磁场信号的畸变。

通过分析检测漏磁场信号是否有畸变，可实现对管体缺陷的识别；通过分析畸变漏磁场信号的形态、幅值等特征可实现对缺陷的粗略量化。在实际管道检测工程中，经常将沿管道长度方向（轴向）设定为X轴，管道周向方向设定成Y轴，管道径向方向设置成Z轴（见图1）。磁敏传感器拾取的漏磁信号幅值为电压值V，单位为mV。

图1 漏磁检测原理示意图

近年来，随着我国装备制造能力的大幅提升，国产漏磁检测机器人的硬件装备水平与国外的差距在快速缩小，但在缺陷的量化评定精度、速度和可靠性等方面，与国外相比仍存在很多不足。仅就缺陷的量化评定能力而言，目前国内外的漏磁检测技术仍处于对缺陷的定位查找及对其尺寸的粗略量化阶段，对管道中缺陷形状的三维量化反演成像能力仍然不足。

南方科技大学、四川大学、山东科技大学的研究人员在利用实际检测信号反演缺陷处磁荷分布规律的基础上，提出缺陷深度场概念，并建立缺陷三维轮廓反演的方法及算法，可实现对任意复杂缺陷的三维轮廓的反演成像。以上理论创新技术已实现转化，具有广阔的工业应用前景。

进一步地，为提升对缺陷的量化评定能力和处理速度，从漏磁检测信号中自动识别、分离和提取缺陷的漏磁信号是很重要的前置工作。由于实际工程缺陷形状不规则，多个坑点信号常近距离分布、或一个区域包含多个坑点缺陷，致使其漏磁检测信号彼此关联、相互影响，降低了后期缺陷识别及成像量化精度。因此，为提升漏磁检测对复杂缺陷的识别和量化成像精度，需要对上述近距离分布的多缺陷进行分解剥离和单独提取。

目前应用较广泛的缺陷识别提取方法主要有幅值差分阈值法，但其对近距离分布复杂缺陷的识别提取精度不高、信号提取自动化程度低、对数据样本和人工经验的依赖性较高。即便是同一组数据，如果由不同的人员处理，其对缺陷信号的识别提取结果可能不同。因缺陷数据分析依赖人工、费时费力，导致数据分析结果常在检测完成后2～4月才能给出，严重降低了检测结果的时效性。

漏磁检测缺陷信号的提取，尤其是对相互关联的、跨越多通道的复杂缺陷信号的提取，目前还没有可适用的高效、成熟算法，不利于后续的缺陷三维反演成像及量化评定。

针对以上问题，研究人员给出一种基于相似波形的漏磁检测缺陷信号小波分解及自动提取方法，从缺陷漏磁检测信号的波形特征出发，匹配与其波形相似度高的小波基，用其对漏磁检测信号进行多尺度分解，探究小波高频系数与缺陷信号的对应规律，从而实现对缺陷信号的自动提取。该方法不仅能提高缺陷的提取精度和处理速度，也适用于对复杂缺陷信号的剥离和提取，为后续的缺陷三维反演及量化评定奠定了基础。

图2 漏磁检测缺陷信号提取技术路线

研究人员强调指出该方法的创新点及优势：

1）通过选取与缺陷信号波形相似度高的小波基函数对漏磁信号进行小波分解，建立了小波高频系数与单个缺陷信号的映射关系，并基于此进行缺陷识别和提取，解决了漏磁检测对密集型复杂缺陷的单独提取难题。

2）开发了漏磁检测缺陷提取算法，编写了相应的计算程序，从实际工程管道的漏磁检测数据里，提取出了96%以上的二维缺陷信号，实现了缺陷提取过程的全程自动化。

相对于现有方法，该方法提高了对密集型复杂缺陷的分解和单独识别能力，提升了缺陷提取的准确率和速度，为随后的缺陷轮廓反演成像计算奠定了基础，在实际管道漏磁检测工程中有广泛的应用前景。

本文编自2022年第6期《电气技术》，论文标题为“基于相似波形的漏磁检测缺陷信波分解及提取方法”，作者为杨杰、李红梅 等。