[发明专利]钢质储罐底板的导波在线检测方法

说明书

技术领域

本发明是一种钢质储罐底板的导波在线检测方法。涉及超声波的测量和管道系统技术领域。

背景技术

目前国外对储罐底板主要从结构检测入手，结合清罐和外部检测来实现对储罐的安全管理。相比之下，国内目前还是采用清罐检测的方式按期对大罐进行地板全面检测，通过大量的检测结果分析，这种方式不能很好的实现经济高效的储罐完整性管理。随着目前快速发展的科技，储罐的检测也由离线向在线转变，采用平板超声导波检测技术可以实现在役储罐缺陷检测。

Lamb波也被称为平板导波，它是一种在板厚度与激励声波波长为相同数量级的声波导中由纵波和横波合成的特殊形式的应力波。Lamb波检测具有快速便捷的特点，非常适合于板形结构的大面积无损检测。超声无损检测常用的波形是纵波和横波，但对于平板，无论是纵波探伤还是横波探伤都很困难，然而Lamb波检测技术的却可以应用到金属平板的检测中。但由于Lamb波理论及检测机理的复杂性，如缺陷对Lamb波的散射机理，如何选择敏感模式和最佳探伤参数，怎样对缺陷进行定性、定量分析以及人工缺陷的选型等等，都需要开展相应的科研工作，以提高该技术在工业生产中的应用。

目前，国外公司如英国焊接研究所TWI公司，开展了Lamb波的试验研究，但是尚处于初期研究试验测试阶段，没有成熟可靠的商业化应用设备。国内也有高校开展平波Lamb波的传播特性理论研究，也处于初期探索阶段。经过对国内相关专利进行检索，未发现与本专利申报相同或类似的专利。申请号为CN200710133882.9的发明专利申请公开了一种工程结构损伤主动监测中Lamb波时间反转聚焦方法(公开日为2008.04.30)。该方法主要应用于工程结构损伤主动监测中的时间反转聚焦方法，无论从原理上还是从方法上都不适合应用于储罐在线检测。

发明内容

本发明的目的是发明一种在不开罐清理、不影响储罐正常生产运营的情况下，快速实现对储罐底板的全面检测和分析的钢质储罐底板的导波在线检测方法。

本发明提供的钢质储罐底板的导波在线检测方法，其步骤包括：

1)首先要选择适合的超声探头阵列5数量，一般4个以上即可(见图2)；并沿储罐底板3一圈对称分布探头阵列5，对需要安置探头阵列5的储罐底板3位置，进行表面油污清理或除锈，以增强检测效果，留出足够的探头阵列5及楔块安装空间；

2)使用压电陶瓷传感器作为信号处理装置4，每个探头阵列5安装两个信号处理装置4，分别用于激励和接收导波信号，通过楔块耦合安装在储罐底板3上(见图1)，耦合剂6采用水或者机油等超声检测中常用液体；

3)选择超声的波长与板厚相当并选择适合的激发Lamb波方法，具体方法是：为产生特定板厚中的特定模态，首先需要计算Lamb在板中传播的频散曲线，再由其频散曲线推算激励信号所需的频率和入射角度；根据激励信号所需的频率和入射角度，选择工作频率相匹配的传感器的和入射角度相同的楔块，匹配程度越高，激励出的模态效果越好；这样就可以在板中激发出所需模态的Lamb波；

为使被激励的信号在传播过程中频散现象尽可能的降低，原理上激励信号应选取单频信号；但由于严格的单频信号要求时域无限，实际上不可能产生，因此在检测中只能选择频带较窄的信号；产生窄带信号比较有效也是常用的方法，就是对单频正弦信号进行加窗函数处理；本发明就是采用Tone Burst激发窄带正弦脉冲信号，加汉宁窗调制到所需要的频带；

在无损检测应用中相当重要，不仅能简化储罐底板3检测到的数据信号，也能增加板波检测的精度和灵敏度；使用Tone Burst信号发射接收仪，能够减少激发信号的带宽，使得激发单一模式信号较容易，再通过汉宁窗调制，消除ToneBurst产生的高、低频正弦信号，可以进一步减少被激发信号的带宽；这样一来，激发单一模式信号变得更加高效；在实际操作时，可以使用任意函数发生器结合PC软件编程，来实现激发经过汉宁窗调制的脉冲信号；

汉宁窗函数为：