Đánh giá và ứng dụng công nghệ kiểm tra rò rỉ từ thông MFL trong siêu âm | Đại Học Nội Vụ Hà Nội

lOMoARcP SD| 59062190
Chương I: Tổng quan về môn học và khái quát về rò rỉ từ thông 1. Tổng quan về môn học
Môn học về nguyên lý và ứng dụng của siêu âm là một lĩnh vực nghiên cứu và ứng
dụng các sóng siêu âm trong khoa học và công nghệ. Siêu âm là sóng âm với tần số cao hơn
ngưỡng nghe thường của con người, tức là trên 20 kilohertz (kHz). Siêu âm có thể ược tạo ra
bằng cách sử dụng các thiết bị gọi là máy siêu âm.
Nguyên lý của siêu âm dựa trên hiện tượng phản xạ và truyền sóng. Khi sóng siêu âm
gặp phải một vật thể, nó sẽ phản xạ, hấp thụ hoặc truyền qua vật thể ó. Các tín hiệu sóng siêu
âm ược thu lại và phân tích ể tạo ra hình ảnh và thông tin về vật thể ó.
Khi học môn học này, sinh viên ược tìm hiểu về các khái niệm về nguyên lý siêu âm,
thiết bị siêu âm, hình ảnh siêu âm,... và các ứng dụng của nó trong từng ngành nghề ặc thù.
Ngoài ra sinh viên còn ược học và tiến hành o ạc, khảo sát sóng siêu âm trong các môi
trường vật liệu khác nhau như: Đồng, Nhôm, Sắt,... qua ó cung cấp cho sinh viên ược kiến
thức và kinh nghiệm khi học môn học chuyên ngành Điện tử vô tuyến – Tin học vật lý.
Ứng dụng của siêu âm rất rộng và a dạng. Dưới ây là một số ứng dụng chính của siêu âm:
1. Siêu âm y học: Siêu âm ã trở thành một công cụ quan trọng trong y học. Nó ược sử
dụng ể chẩn oán và theo dõi các bệnh lý trong cơ thể con người. Siêu âm y học có
thể tạo ra hình ảnh của các cơ quan, mô, mạch máu và các cấu trúc khác trong cơ thể.
2. Siêu âm công nghiệp: Trong công nghiệp, siêu âm ược sử dụng ể kiểm tra chất lượng
và phát hiện khuyết tật trong vật liệu. Nó cũng ược sử dụng trong quá trình hàn, hàn
gắn và làm sạch các bề mặt.
3. Siêu âm iều trị: Siêu âm cũng có thể ược sử dụng ể iều trị các vấn ề sức khỏe như
viêm, au nhức cơ, viêm khớp và cả tái tạo mô. Kỹ thuật này ược gọi là siêu âm iều trị
hoặc siêu âm vật lý trị liệu.
4. Siêu âm trong khoa học và nghiên cứu: Siêu âm ược sử dụng trong nhiều lĩnh vực
khoa học và nghiên cứu, bao gồm nghiên cứu vật liệu, nghiên cứu ộng vật và sinh vật
học, nghiên cứu về sóng âm và cảm biến.
5. Siêu âm trong hình ảnh và quan sát: Siêu âm cũng có thể ược sử dụng ể tạo ra hình
ảnh trong nhiều lĩnh vực, chẳng hạn như viễn thám, ịa chất, khảo cổ học và khảo sát
các cấu trúc dưới lòng ất. lOMoARcP SD| 59062190
2. Khái quát về phương pháp rò rỉ từ thông
Kiểm tra rò rỉ từ thông (MFL) là phương pháp kiểm tra không phá hủy iện từ (NDT)
có hiệu quả và ộ tin cậy cao. Nó có khả năng phát hiện các loại khuyết tật khác nhau như vết
nứt, ăn mòn, rỗ và sâu răng, ồng thời có thể phát hiện cả khuyết tật bề mặt và dưới bề mặt. Do
ó, nó ã ược sử dụng rộng rãi ể ảm bảo tính toàn vẹn và an toàn của các kết cấu trong ngành
hóa dầu, năng lượng, sản xuất và vận tải.
Nguyên tắc kiểm tra MFL dựa trên sự tương tác giữa từ trường và các khuyết tật. Thiết
bị kiểm tra MFL thường bao gồm bộ từ hóa, bộ cảm biến, bộ iều hòa tín hiệu, bộ chuyển ổi
tương tự sang số (ADC) và máy tính có phần mềm hiển thị và phân tích tín hiệu. Bộ phận từ
hóa thường bao gồm các nam châm vĩnh cửu của cuộn dây từ hóa có khả năng từ hóa mẫu sắt
từ ến trạng thái bão hòa hoặc gần bão hòa. Do từ trở thay ổi ột ngột tại các khuyết tật nên từ
thông rò rỉ vào không khí gần ó. Sự nhiễu loạn của từ trường có thể ược ghi lại bằng một loạt
cảm biến từ trường và ược sử dụng ể ánh giá và ịnh lượng các khuyết tật.
Lý thuyết và công nghệ kiểm tra MFL ã ược phát triển trong nhiều thập kỷ. Có một số
tài liệu ánh giá ã tóm tắt một số bước phát triển của MFL cùng với các phương pháp NDT iện
từ khác . Tuy nhiên, chưa có ánh giá toàn diện về công nghệ MFL. Bài báo cáo này sẽ ánh giá
toàn diện các chủ ề sau của công nghệ MFL: (1) nghiên cứu nguyên lý MFL; (2) ảnh hưởng
của các thông số kiểm tra (ví dụ: cường ộ từ hóa, ộ nâng, tốc ộ quét) và các ặc tính khuyết tật
(ví dụ: kích thước khuyết tật và hướng khuyết tật) trên tín hiệu MFL; (3) kỹ thuật kích thích
và cảm biến trong thử nghiệm MFL; (4) ịnh lượng nghịch ảo và ịnh lượng khuyết tật trong
MFL; (5) ứng dụng MFL và so sánh với các phương pháp NDT liên quan.
Chương II: Rò rỉ từ thông (MFL) 1. Nguyên tắc
Nguyên tắc cơ bản của thử nghiệm MFL ược trình bày dưới dạng sơ ồ (Hình 1), trong
ó một từ hóa ược sử dụng ể từ hóa mẫu sắt từ ến mức gần bão hòa. Bộ từ hóa có thể là nam
châm có ách sắt từ hoặc cuộn dây từ hóa. Do tính thấm cao của vật liệu sắt từ, từ thông bị hạn
chế trong vật liệu khi không có khuyết tật nào xuất hiện. Khi có khuyết tật, từ trường sẽ rò rỉ
vào không khí gần ó và gây ra hiện tượng rò rỉ. lOMoARcP SD| 59062190
Hình 1. Nguyên tắc cơ bản của thử nghiệm MFL: (a) bộ từ hóa kiểu ách, (b) bộ từ hóa kiểu cuộn dây bao quanh.
Hiện tượng rò rỉ từ trường ược giải thích bằng sự khúc xạ của từ trường với các iều kiện biên
của trường iện từ, như ược hiển thị trong Hình 2. Tại giao diện của hai môi trường, từ trường
thỏa mãn phương trình biên; do ó, góc khúc xạ ược biểu thị là: μ2 α2 = arctan( tanα1) μ1
μ1 và μ 2 lần lượt là ộ thấm của môi trường 1 và 2.
Hình 2. Sự khúc xạ của từ trường tại bề mặt của khuyết tật: (a) biểu diễn sơ ồ; (b) kết quả
mô phỏng phần tử hữu hạn của vectơ từ tính cho μ1 = μ2; (c) kết quả mô phỏng phần tử hữu
hạn của vectơ từ tính cho μ1 > μ2.
Do ó, nếu μ1 = μ2, ó là trường hợp mẫu thử không có sắt từ, thì α1 = α2. Trong trường hợp
này, dòng từ thông tiếp tục tại giao diện mà không có bất kỳ nhiễu loạn nào và không có từ
trường rò rỉ. Nếu μ1 > μ2 thì α1 > α2 và từ trường sẽ i vào vùng lân cận của khuyết tật do khúc xạ.
2. Các yếu tố ảnh hưởng ến tín hiệu MFL
Trong thử nghiệm MFL, có nhiều yếu tố ảnh hưởng ến tín hiệu kiểm tra. Phần này tóm
tắt một số yếu tố quan trọng như kích thước khuyết tật, hướng khuyết tật, khoảng cách nâng,
cường ộ từ hóa, ứng suất và tốc ộ quét.
2.1. Kích thước và hướng khuyết tật
Khi sử dụng mô hình lưỡng cực từ ể phân tích ảnh hưởng của kích thước khuyết tật,
mật ộ iện tích từ cũng sẽ thay ổi theo kích thước khuyết tật ể có ược kết quả chính xác hơn: lOMoARcP SD| 59062190
Fnl là thừa số phi tuyến tính và Ha là trường ược áp dụng.
Thông thường, các nhà nghiên cứu và kỹ sư của MFL cho rằng khuyết tật ịnh hướng
phải vuông góc với trường từ hóa ể thu ược trường MFL hiệu quả. Sun và Song ặt câu hỏi về
kết luận truyền thống này và nghiên cứu tín hiệu MFL ể tìm các khuyết tật song song với
trường từ hóa. Họ phát hiện ra rằng có thể phát hiện các vết nứt song song với từ hóa, mặc dù
biên ộ nhỏ. Sự biến thiên của biên ộ tín hiệu MFL với góc giữa khuyết tật và trường từ hóa,
kết quả ược thể hiện ở Hình 3.
Hình 3. Ảnh hưởng của góc giữ từ hóa và khuyết tật ến tín hiệu MFL.
Hướng quét của cảm biến cũng ảnh hưởng ến tín hiệu MFL. Hiệu ứng này cũng có
thể thu ược bằng cách tách từ trường dọc theo các hướng khác nhau bằng cách sử dụng phương trình: lOMoARcP SD| 59062 190
Đối với lỗi có kích thước a = 1, b = 2, và c = 10, sự biến ổi của tín hiệu MFL theo hướng quét
ược thể hiện ở Hình 4. lOMoARcP SD| 59062190
Hình 4. Ảnh hưởng của góc quét ến tín hiệu MFL: (a) thay ôi trong Hx với góc quét; (b) thay ổi Hy với góc quét 2.2. Hiệu ứng nâng hạ
Tín hiệu MFL phụ thuộc vào khoảng cách nâng lên giữa ầu dò và mẫu vật. Tín hiệu
MFL giảm khi khoảng cách cất cánh tăng, một ví dụ về hiệu ứng nâng hạ ược thể hiện trong Hình 5.
Hình 5. Ảnh hưởng của hiệu ứng nâng hạ lên MFL: (a) thay ổi Hx khi nâng lên; (b) thay ổi Hy khi nâng lên
Sự thay ổi ộ nâng trong quá trình quét ảnh hưởng áng kể ến tín hiệu kiểm tra. Vì vậy,
nhiều nhà nghiên cứu ã cố gắng giảm hiệu ứng nâng hạ: phương pháp lọc, cảm biến dung sai
nâng hạ bằng cách ưa ferit vào cuộn dây cảm biến, bù hàm số mũ ể hiệu chỉnh ộ nâng, tuyến
tính hóa bằng cách áp dụng biến ổi Fourier…
2.3. Sức mạnh từ hóa và tính chất vật liệu
Thông thường, cần có từ hóa mạnh ể bão hòa vật liệu sắt từ ể thu ược tín hiệu MFL tốt.
Tuy nhiên, tín hiệu MFL không phải lúc nào cũng tăng theo cường ộ từ hóa. Nhiều nhà nghiên lOMoARcP SD| 59062190
cứu ã phát hiện ra rằng tín hiệu MFL ban ầu tăng theo dòng từ hóa và bắt ầu giảm sau một iểm
nhất ịnh, như trong Hình 6. Trường nền lớn gây ra bởi từ hóa mạnh sẽ ngăn chặn sự rò rỉ từ
trường khỏi các khuyết tật. Sau ó, nguyên lý MFL mới dựa trên từ trường nền gần như bằng 0,
trong ó việc che chắn từ tính ược sử dụng ể thu thập trường nền mạnh.
Hình 6. Ảnh hưởng của dòng từ hóa ến tín hiệu MFL. Vì ộ từ hóa
của vật liệu cũng dựa trên ặc tính của vật liệu nên tín hiệu MFL cũng phụ thuộc vào ường
cong B–H của vật liệu sắt từ.
3. Kỹ thuật kích thích và cảm biến trong thử nghiệm MFL
3.1. Phương pháp kích thích 3.1.1. Cấu trúc từ hóa
Trong thử nghiệm MFL thông thường, trường kích thích ược cung cấp bởi nam châm
vĩnh cửu hoặc cuộn dây mang dòng iện một chiều (DC). Ưu iểm chính của việc sử dụng nam
châm vĩnh cửu bao gồm: (1) bộ từ hóa có kích thước tương ối nhỏ và trọng lượng nhẹ;
(2) không cần nguồn iện bên ngoài. Do những ặc iểm này, bộ từ hóa dựa trên nam châm ặc
biệt thích hợp ể sử dụng trong các thiết bị di ộng và robot kiểm tra ể kiểm tra dây cáp và ường
ống truyền tải. Hạn chế của việc sử dụng nam châm vĩnh cửu là việc lắp ặt không thuận tiện
do lực từ giữa nam châm và mẫu thử lớn, cường ộ từ hóa khó iều chỉnh. Những nhược iểm
này có thể ược khắc phục bằng cách sử dụng cuộn dây. Cường ộ từ hóa có thể ược iều chỉnh
dễ dàng bằng cách thay ổi dòng iện trong cuộn dây và có thể tắt dòng iện trong quá trình lắp
ặt. Sự phân bố của từ trường ược tạo ra bởi cuộn dây từ hóa có thể ược tính toán thông qua thế
vectơ từ tính, và có thể ạt ược trường từ hóa ồng ều bằng cách thiết kế cuộn dây Helmholtz.
Tuy nhiên, bộ từ hóa dựa trên cuộn dây thường có kích thước lớn hơn; do ó, chúng có những lOMoARcP SD| 59062190
hạn chế trong một số ứng dụng. Với nam châm vĩnh cửu hoặc cuộn dây, một ách sắt từ có thể
ược sử dụng ể tạo thành các mạch từ có ộ từ trở ít hơn
nhằm tăng từ hóa bên trong mẫu vật.
Bộ từ hóa dựa trên cuộn dây bao quanh có ưu iểm là cung cấp trường từ hóa mạnh và
có thể iều chỉnh ược; tuy nhiên, các dây bị óng lại, gây khó khăn cho một số mẫu nhất ịnh như
dây cáp và ống cuộn ược ưa vào giữa cuộn dây. Để giải quyết vấn ề này, Y. Sun ã ề xuất một
bộ chuyển ổi iện từ mở, như thể hiện trong Hình 7, tạo iều kiện thuận lợi cho việc ưa mẫu vật.
Hình 7. Cấu trúc ầu dò iện tử mở.
Đối với bộ từ hóa kiểu chạc, Y. Chang ã thực hiện một số tối ưu hóa về hình dạng
chách, kích thước chách và ộ dày của lớp che chắn với sự trợ giúp của mô phỏng phần tử hữu
hạn. J. Parra-Raad ã thực hiện tối ưu hóa a ối tượng cho máy o kiểm tra ường ống
(PIG) bằng thuật toán di truyền. Bộ từ hóa loại ách thông thường chỉ tạo ra từ trường theo một
hướng và có ộ nhạy hạn chế ối với các vết nứt song song với từ trường. Một bộ từ hóa trực
giao hình chữ U kép, như trong Hình 8, có thể ược sử dụng ể khắc phục vấn ề này, mặc dù ban
ầu nó ược phát triển ể o trường dòng iện xoay chiều (ACFM). Khi sử dụng kích thích AC
trong thử nghiệm MFL, hướng của trường từ hóa có thể ược iều chỉnh bằng cách kiểm soát ộ lệch pha giữa hai ách. lOMoARcP SD| 59062190
Hình 8. Cấu trúc của từ hó trực giao hình chữ U kép.
3.1.2. Dạng sóng tín hiệu kích thích
Để trích xuất thêm thông tin khiếm khuyết trong thử nghiệm MFL, các nhà nghiên cứu
ã xem xét việc tối ưu hóa dạng sóng tín hiệu kích thích. Rò rỉ từ thông xoay chiều (ACMFL),
rò rỉ từ thông xung (PMFL) và kích thích AC và DC kết hợp dựa trên MFL ã ược ề xuất. Y.
Gotoh ã thực hiện một nghiên cứu toàn diện về ACMFL, phân tích ACMFL bằng mô phỏng
phần tử hữu hạn, nêu rõ sự cần thiết của việc sử dụng phân tích phi tuyến và sử dụng phương
pháp này ể phát hiện các vết nứt số nhiều. Do hiệu ứng bề mặt, từ trường tập trung vào bề mặt
của mẫu vật, do ó bề mặt có thể bị bão hòa bởi dòng iện kích thích tương ối nhỏ. Gotoh cũng
sử dụng kích thích AC tần số thấp ể tăng ộ sâu thâm nhập và phát hiện các vết nứt bên ngoài trên tấm thép dày 3 mm.
Để tăng ộ sâu thâm nhập và thu ược thông tin phong phú hơn, A. Sophian và G.Y. Tian
ề xuất phương pháp PMFL, trong ó dạng sóng vuông ược sử dụng làm tín hiệu kích thích.
Người ta thấy rằng phương pháp PMFL có lợi thế về vị trí và kích thước khuyết tật. J. Wilson
ã kết hợp phương pháp PMFL với xung từ trở (PMR), cung cấp một phương pháp bổ sung cho
việc kiểm tra tích hợp các vết nứt bề mặt và dưới bề mặt. Sau ó, nhiều nhà nghiên cứu ã
nghiên cứu các ặc tính tín hiệu và trích xuất các ặc iểm ể ịnh lượng khuyết tật và phân biệt các
khuyết tật bên trong và bên.
Bộ kích thích kết hợp DC và AC cũng ã ược sử dụng trong thử nghiệm MFL. D. Wu ề
xuất một máy từ hóa có cả nam châm vĩnh cửu và cuộn dây ược kích thích bằng dòng iện
xoay chiều. Kích thích AC ược sử dụng ể tạo ra dòng iện xoáy vuông góc với từ trường DC ể
che phủ vùng mù của DCMFL. R. Wang ề xuất sử dụng hai cuộn dây bao quanh ể lần lượt tạo lOMoARcP SD| 59062190
ra các trường từ hóa DC và AC, trong ó trường DC ược sử dụng ể thiết lập iểm làm việc bằng
cách thay ổi ộ thấm và trường AC ược sử dụng ể thu ược thông tin về khuyết tật. Kết quả cho
thấy phương pháp này có thể ược sử dụng ể tăng khả năng phát hiện các khuyết tật bên trong.
Y. Gotoh cũng nghiên cứu cách sử dụng kết hợp kích thích DC và AC và tính ến vòng trễ nhỏ
trong việc phát hiện các khuyết tật phía xa.
3.2. Phương pháp cảm biến
Sau khi tạo ra trường rò rỉ với kích thích thích hợp, cảm biến là bước quan trọng ể xác
ịnh trường rò rỉ. Nhiều loại cảm biến từ trường khác nhau có thể chuyển ổi cường ộ của từ
trường thành iện áp tương ứng ã ược sử dụng trong thử nghiệm MFL. Các cảm biến ược sử
dụng phổ biến nhất là phần tử Hall và cuộn dây. Phần tử Hall có khả năng o giá trị tuyệt ối của
từ trường; tuy nhiên, khi cảm biến ở gần các cực của bộ từ hóa, nó có thể hoạt ộng ngoài
phạm vi tuyến tính. Cuộn dây có phạm vi o rộng hơn; tuy nhiên, chúng chỉ o tốc ộ thay ổi của
từ trường thay vì giá trị tuyệt ối của nó. Trong các nghiên cứu gần ây, cảm biến từ trường có ộ
nhạy cao hơn ã ược sử dụng trong thử nghiệm MFL ể phát hiện các vết nứt nhỏ.
Ngoài việc sử dụng các phần tử cảm biến mới, các nhà nghiên cứu cũng ã cố gắng tăng cường
tín hiệu MFL bằng cách thiết kế cấu trúc ầu dò. G. Park và Y. Jia ều cân nhắc việc bổ sung lớp
nền sắt từ gần cảm biến ể tăng cường tín hiệu MFL. J. Wu ề xuất sử dụng ầu từ tính (như
trong Hình 9) ể phát hiện các vết nứt nhỏ ở vòng bi.
Hình 9. Cấu trúc ầu từ.
Cảm biến từ là phương pháp cảm biến ược sử dụng phổ biến nhất trong thử nghiệm
MFL; tuy nhiên, kết quả không trực quan và cần có thêm các mạch xử lý tín hiệu và mô-un
hiển thị. J. Philip và V. Mahendran ã ề xuất sử dụng màng nhũ tương chất sắt từ ể hình dung
từ trường rò rỉ. Các hạt phân bố ồng ều tái phân phối dưới từ trường rò rỉ và thể hiện các màu
khác nhau do sự tán xạ Bragg của các giọt. Theo hiệu ứng quang từ, ánh sáng phân cực sẽ
quay khi truyền qua MOF có trường ngoài và góc quay tỷ lệ với trường ngoài. Vì vậy, MOF
có thể ược sử dụng ể quan sát từ trường rò rỉ. lOMoARcP SD| 59062190
Sự phát triển của phương pháp cảm biến trong MFL chủ yếu dành cho việc kiểm tra
các vết nứt vi mô, ặc biệt là các vết nứt ở các bộ phận cơ khí có ộ chính xác cao như ổ trục và con lăn ổ trục.
4. Định lượng khuyết tật
4.1 Định lượng khuyết tật dựa trên máy học
Học máy ã có sự phát triển nhanh chóng trong những năm gần ây, ặc biệt là trong các
nhánh của mạng lưới thần kinh nhân tạo (ANN) và học sâu. Kỹ thuật học máy cho thấy thành
công lớn trong các nhiệm vụ như phân loại và hồi quy. Nhiệm vụ ịnh lượng khuyết tật về cơ
bản là vấn ề phân loại hoặc hồi quy; do ó, mạng lưới thần kinh nhân tạo ã ược sử dụng rộng
rãi trong việc ịnh lượng khuyết tật trong thử nghiệm MFL. Mạng nơ-ron có thể ược coi là một
chức năng ánh xạ ầu vào (tín hiệu thô hoặc các tính năng ược trích xuất từ tín hiệu) ến ầu ra
(loại lỗi, kích thước lỗi, v.v.). Để huấn luyện mạng lưới thần kinh, các thí nghiệm và mô
phỏng phải ược tiến hành ối với các khiếm khuyết ở các kích cỡ khác nhau.
Kích thước lỗi và tín hiệu tương ứng (hoặc tính năng tín hiệu) ược ưa vào mạng ể cập nhật trọng số.
4.2 Định lượng khuyết tật dựa trên sự lặp lại
Trước khi áp dụng các phương pháp dựa trên máy học, các phương pháp dựa trên phép
lặp ã ược sử dụng rộng rãi trong việc ịnh lượng lỗi. Khái niệm cơ bản về phương pháp lặp ược
thể hiện trong Hình 10, trong ó việc ịnh lượng khuyết tật ược coi là một vấn ề tối ưu hóa nhằm
giảm thiểu sự khác biệt giữa tín hiệu MFL ược o bằng thực nghiệm và tín hiệu ược tính toán
với cấu hình khuyết tật ước tính. Để bắt ầu quá trình ịnh lượng lỗi, cần phải có ước tính ban
ầu về hồ sơ lỗi. Sau ó, mô hình MFL chuyển tiếp ược sử dụng ể tính toán tín hiệu MFL do cấu
hình lỗi tạo ra. Thông thường, có các loại mô hình chuyển tiếp có thể ược sử dụng, ó là mô
hình lưỡng cực từ, mô hình phần tử hữu hạn và mô hình mạng nơ-ron. Sau khi tính toán với
mô hình chuyển tiếp, một so sánh ược thực hiện giữa tín hiệu MFL ược tính toán và tín hiệu
thu ược trong thử nghiệm. Nếu sai số nhỏ hơn giá trị mong muốn thì hồ sơ sẽ ược coi là ước
tính cuối cùng, nếu không, sai số sẽ ược sử dụng ể cập nhật hồ sơ lỗi và lặp lại quá trình tính toán chuyển tiếp. lOMoARcP SD| 59062190
Hình 10. Quá trình lặp ể ịnh lượng khuyết tật trong thử nghiệm MFL.
Vì việc ịnh lượng lỗi ược coi là một vấn ề tối ưu hóa nên nhiều thuật toán tối ưu hóa
có thể ược sử dụng ể cập nhật hồ sơ lỗi. Thông thường hơn, thuật toán giảm ộ dốc ược sử
dụng. Sau ó, các thuật toán di truyền, tối ưu hóa bầy hạt và tìm kiếm cuckoo ã ược áp dụng ể
ịnh lượng các khiếm khuyết trong thử nghiệm MFL.
5. Ứng dụng và so sánh các phương pháp NDT liên quan
5.1. Các ứng dụng của thử nghiệm MFL
Là một phương pháp thử nghiệm không phá hủy hiệu quả ối với vật liệu sắt từ, thử
nghiệm MFL ã ược áp dụng thành công trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Một trong những
ứng dụng quan trọng nhất là kiểm tra ường ống ngầm, nơi sử dụng cái gọi là thước o kiểm tra
ường ống (PIG). PIG thường có nam châm vĩnh cửu làm bộ phận từ hóa, các ách sắt từ ể kết
nối các nam châm và tạo thành mạch từ, và các chổi ể tách bộ từ hóa và ường ống.
Một ứng dụng quan trọng khác là kiểm tra ống thép trong quá trình sản xuất. Theo tiêu
chuẩn API, ống thép phải ược kiểm tra trước khi xuất xưởng. Trong số các phương pháp thử
nghiệm, MFL ược sử dụng phổ biến nhất. Thiết bị MFL iển hình cho ống thép liền mạch ược
thể hiện trên Hình 11a. Nó bao gồm ba mô-un, hai trong số ó dùng ể kiểm tra các vết nứt
ngang và dọc và một mô-un khử từ ể khử từ ường ống sau khi kiểm tra. Để kiểm tra các vết
nứt ngang, các cuộn dây bao quanh ã ược sử dụng ể tạo ra từ trường dọc trục trong ống thép.
Để kiểm tra các vết nứt dọc, sử dụng bộ từ hóa có hai ế cách nhau 180° ể tạo ra từ trường theo
hướng chu vi. Trong ngành dầu khí, MFL cũng ã ược ứng dụng trong việc kiểm tra các ống
khoan và cần hút như trên Hình 11b,c. lOMoARcP SD| 59062190
Hình 11. Ứng dụng MFL: (a) ống thép liền mạch; (b) ống khoan; (c) thanh hút; (d) ổ trục.
Trong ngành công nghiệp ô tô, vòng bi trước ây ược thử nghiệm bằng phương pháp
kiểm tra hạt từ tính (MPI). MPI có ộ nhạy tốt ối với các vết nứt nhỏ; tuy nhiên, kết quả kiểm
tra còn phụ thuộc vào sự phân tích của thanh tra viên. Với việc sử dụng các cảm biến có ộ
nhạy cao, MFL cũng có thể phát hiện ược các vết nứt nhỏ. Ngoài ra, MFL còn có ưu iểm là
kiểm tra tự ộng; do ó, nó ang thay thế MPI trong một số lĩnh vực, chẳng hạn như kiểm tra ổ
trục, như trình bày trong (Hình 11d).
Trong các ứng dụng công nghiệp, thông thường, một dãy cảm biến từ tính ược sử dụng
ể bao phủ toàn bộ khu vực của mẫu vật. Có hai cách phổ biến ể hiển thị và trực quan hóa tín
hiệu a kênh. Cách iển hình nhất là hiển thị từng tín hiệu một trong miền thời gian như trong
Hình 12a. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ xử lý ảnh, ặc biệt là các kỹ thuật deep
learning như CNN, việc hiển thị kết quả kiểm tra MFL dưới dạng ảnh thang ộ xám (Hình 12b)
sẽ tạo iều kiện thuận lợi cho việc áp dụng các thuật toán tương ứng ể trích xuất thông tin lỗi.
Hình 12. Trực quan hóa các tín hiệu kiểm tra MFL: (a)tín hiệu thời gian a kênh;
(b)hình ảnh thnag màu xám lOMoARcP SD| 59062190
5.2 So sánh với các phương pháp NDT liên quan
Kỹ thuật MFL thuộc loại NDT iện từ. Trong danh mục này, còn có các phương pháp
khác như kiểm tra dòng iện xoáy (ECT), kiểm tra hạt từ tính (MPI), phương pháp bộ nhớ kim
loại (MMM), phương pháp nhiễu Barkhausen từ tính (MBN), phương pháp nhiễu loạn vĩnh
viễn (PMP), kiểm tra thích ứng từ tính ( MAT) và phương pháp nhiễu loạn thấm từ (MPP). Ưu
iểm của MFL so với MPI là dễ dàng triển khai thử nghiệm tự ộng; tuy nhiên, ồng thời nó có ộ
nhạy thấp hơn MPI. Khi so sánh với ECT, MFL có khả năng phát hiện tốt hơn ối với các
khuyết tật ẩn sâu, trong khi nó có ộ nhạy thấp hơn ối với các khuyết tật bề mặt.