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摘 要

各种管道的安全运行对人民的生命和财产至关重要,具有非常重大的意义。管道漏磁无损检测技术是一种节省的、有效的检测方法,是对管道进行检测、维护的技术手段。

本文基于以上情况，首先介绍了该课题的背景和意义，然后介绍漏磁检测的基本原理。基于51单片机，设计了漏磁检测的硬件部分和软件部分，通过滑动变阻器来模拟采集微弱的信号，经过处理后，转换成有用信号，并在数码管上显示出来。接着进行仿真，得到结果，总结问题和经验。最后，提出对未来研究的展望。

关键词：无损检测 漏磁检测 51单片机

The design of oil-gas papline magnetic flux leakage based on 89C51 MCU

Abstract

The safe operation of all kinds of pipelines is vital to the lives and property of the people, and it is of great significance. Leakage magnetic non-destructive testing is a saving and effective detection method, which is the technical means for pipeline inspection and maintenance.

Based on the above, the background and significance of the subject is introduced, and the basic principle of magnetic flux leakage detection is introduced.Based on 51 single chip microcomputer, the design of the hardware part and software part of magnetic detection of leakage, to collect the weak signal is simulated through the slide rheostat, processed, converted into useful signal, and in the digital tube display.Then simulation, get results, summarize the problem and experience. Finally, the prospect of future research is put forward.

KeyWords: non-destructive examination; magnetic flux leakage detection; 51 MCU

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 选题背景及意义 1

1.2 漏磁检测的研究动态 2

1.3 课题研究思路及内容安排 3

第二章 漏磁检测原理 4

2.1 基本原理 4

2.2 漏磁检测优缺点 5

2.2 本章总结 6

第三章 硬件系统设计 7

3.1 硬件总体设计 7

3.2 单片机的最小系统 9

3.3 A/D转换电路 12

3.4 显示电路 15

3.5 本章小结 16

第四章 软件系统设计 17

4.1 软件总体设计 17

4.2 A/D转换函数 18

4.3 显示函数 19

4.3 本章总结 21

第五章 仿真实验 22

5.1 软件仿真 22

5.2 仿真测试 25

5.3 本章总结 28

总结及展望 29

参考文献 30

致谢 31

第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

各种管道的正常工作对人民的生命和财产来说具有重大的意义，大量的管道因为不同的原因造成了不同程度的损坏，这带来了安全隐患。管道漏磁无损检测技术是一种节省、安全有效的管道检测方法,是对油气管道进行检测、维护的技术手段。使用这种方法不仅使开挖检查的单一管道检测手段得到补充,而且有效的增加了对管道检侧的准确性。

无损检测技术^[1]，简单地说，就是指利用物质因存在缺陷或组织结构上的差异而使其物理量发生变化的情况，在不损坏被检测物正常使用的前提下，应用某种测量方法，从而达到了解和评价被检测的材料发生的变化，它是一种特殊的检测技术。无损检测系统如图1-1所示。

图1-1 无损检测系统

现代无损检测技术应用的内容包括缺陷的检测（俗称“探伤”，包括缺陷的检出以及缺陷的定位、定量、定性评定）、材料的机械或物理性能测试（例如强度、硬度、电导率）、产品性质和状态的评估（例如热处理状态、显微组织、应力、硬化层深度等）、产品的几何度量（例如几何尺寸测量、涂镀层厚度测量等）、运行设备的安全监控（现场检测、动态检测）以及安全寿命评估等，是对产品、构件的完整性、可靠性、使用性能等的综合评价。

随着各种技术的不断发展^[2]，无损检测技术也获得了快速的发展。各种无损检测方法的基本原理几乎涉及现代物理学的各个分支。据统计，到目前为止，各种无损检测方法共有70余种。主要包括射线检测（X射线、γ射线等）、声和超声检测（声振动、超声脉冲反射等）、电学和电磁检测（涡流法、录磁与漏磁等）、力学和光学检测（目视法和内窥镜、荧光法等）、热力学方法和化学分析方法。

1.2 漏磁检测的研究动态

漏磁无损检测是从磁粉探伤演化来的，依靠铁磁性材料表面或近表面缺陷引起磁场的畸变达到检测缺陷的目的。

• 国外动态

国外对漏磁检测技术的研究很早^[4]，早在1868年，英国海军建筑师协会用罗盘磁针来搜寻枪管内的材质缺陷和非均匀性。1918年，Hoke偶然发现钢铁中的缺陷附近磁通会发生扰动，但是由于磁化技术的限制以及缺乏适用的实验材料，直到1930年，Watts才第一次应用漏磁技术来检测钢管焊缝的质量。随后，该方法开始在工业生产中得到实际应用。1933年，Stumm采用磁力计首次测量缺陷漏磁通获得成功，Zuschlug首先提出应用磁敏传感器测量漏磁场的思想，但直至1947年，Hastings才设计了第一套漏磁检测系统，漏磁检测才开始受到普遍的认可。20世纪50年代，联邦德国Forster研制出产品化的漏磁探伤装置。1965年，美国TubecopeVetco国际公司采用漏磁检测装置Linglog首次进行了管内检测，开发了Wellcheck井口探测系统，能可靠地探测到管材内外径上的腐蚀坑、横向伤痕和其他类型的缺陷。1973年，英国天然气公司采用漏磁检测法对其所管辖的一条直径为600mm的天然气管道的管壁腐蚀减薄状况进行了在役检测，首次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，并结合漏磁通测量壁厚，提供完整的现场探伤。在漏磁检测技术100多年的发展过程中，理论研究得到了完善，不仅能够检测出缺陷，而且能对缺陷的特征进行分析。

• 国内动态

我国对漏磁检测技术的研究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取得了很大的成果，渐渐缩小与国际水平的差距。

1.3 课题研究思路及内容安排

本课题来源于实际情况，对于研究和应用具有重大的意义，具体安排如下：

• 根据课题的产生背景，目的及意义，到图书馆和网上查阅大量资料，了解漏磁检测国内外的发展情况，为以后深入研究打下良好基础。
• 深入理解漏磁检测的原理，找到适合自己的研究方法和工具。
• 根据题目要求达到的效果，设计硬件部分和软件部分。
• 得出仿真结果。
• 分析结果，并提出对未来研究的展望。

第二章 漏磁检测原理

2.1 基本原理

简单地说，就是测量漏磁场^[8]的大小。如果把将要测量的材料经过磁化后，如果材料内部没有缺陷，那么磁感应线会被约束在材料内部，磁通量会平行于材料表面，被检测的材料表面几乎检测不到磁场；如果材料内部有缺陷，磁通量会发生畸变，它会直接通过缺陷或者从材料内部绕过缺陷，还有部分磁通会在材料的表面，从而在材料表面缺陷处形成漏磁场。利用磁感应传感器（如霍尔传感器）获取漏磁场信号，然后送入计算机进行信号处理，对漏磁场磁通密度分量进行分析能进一步了解相应缺陷特征比如宽度、深度。

漏磁检测原理如下图2-1所示。

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