[发明专利]一种管道弯头缺陷的精确检测方法

说明书

本发明公开一种管道弯头缺陷的精确检测方法，依次给单个激励传感器施加chirp信号，获取Chirp激励响应信号；使用窄带脉冲提取方法，从Chirp激励响应信号中提取不同中心频率下导波的窄带脉冲信号，并对提取的窄带脉冲信号中的波包进行模态辨识，然后以获得纯净S0模态为目的，确认出窄带提取的中心频率；建立管道弯头层析成像正演模型，并利用二阶差分的正演算法，对导波飞行时间进行计算；然后结合最速下降反演方法，基于信号的飞行时间特征对窄带脉冲提取信号进行分析处理，然后对分析处理的结果进行缺陷特征信息的识别及提取；最后显示缺陷的深度和表面形貌特征，完成管道弯头缺陷的检测。本发明能够实现管道弯头缺陷准确、有效、全面和快速的检测。

技术领域

本发明属于运输管道缺陷检测领域，涉及一种管道弯头缺陷的精确检测方法。

背景技术

作为继铁路、公路、水运和航空后的第五大运输产业，管道运输因其独特优势，在石化、发电等行业及日常生活中体现着极其重要的作用。但是该类管道通常在高温、高压或者电腐蚀等恶劣环境下工作，加上设备结构自身的老化，将不可避免的出现不同程度的损伤，进而引发重大事故，在带来巨大经济损失的同时还将造成人员伤亡。管道弯头作为管道网络的重要组成部分，其缺陷的有效检出，对于完善运输管道的检测具有重要意义。

由于超声导波传播距离长，检测速度快，衰减小，效率高，且具有检测整个壁厚方面的优势，在管道无损检测领域得到了极大的应用和研究。如今，越来越多国内外学者，对超声导波在管道弯头中的传播特性进行了仿真或实验研究。

英国帝国理工大学的A.DEMMA通过有限元分析，研究了管道弯头对导波透射和反射系数的影响，证明了超声导波在管道弯头内的反射和透射性能，为超声导波在管道内的应用提供了研究思路。

现有超声导波信号激励方式为在管道弯头两端分别周向均匀布置传感器，一端为环形阵列布置的激发传感器，一端为环形阵列布置的接收传感器，若激励传感器同时施加轴向激励可在管道弯头内激发出S0模态，激励传感器同时施加周向激励可在管道弯头内激发出T模态，该种激励方式单次测量只能获取一种有效信号，因此限制了获取弯头结构完整性信息，无法实现对弯头缺陷的高分辨率检测；在另一方面，研究表明，通过现有激励手段激发出的超声导波，无论是使用S0模态还是T模态，均无法对管道弯头的内侧区域进行检测，因此，需要研究新的、有效的导波激励技术及信号处理方法，实现管道弯头缺陷准确、有效、全面、快速的检测。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种管道弯头缺陷的精确检测方法，该检测方法能够实现管道弯头内缺陷准确、有效、全面和快速的检测。

为达到以上目的，本发明的技术方案为：

一种管道弯头缺陷的精确检测方法，包括以下步骤：

S1，搭建管道弯头超声导波检测系统；利用搭建的管道弯头超声导波检测系统，依次给管道弯头超声导波检测系统中的单个激励传感器施加chirp信号，管道弯头超声导波检测系统中的接收传感器获取Chirp激励响应信号；使用窄带脉冲提取方法，从Chirp激励响应信号中提取不同中心频率下导波的窄带脉冲信号，并对提取的窄带脉冲信号中的波包进行模态辨识，然后以获得纯净S0模态为目的，确认出窄带提取的中心频率，根据所述中心频率得到窄带脉冲提取信号；

S2，建立管道弯头层析成像正演模型，并利用二阶差分的正演算法，对导波飞行时间进行计算；然后结合最速下降反演方法，基于信号的飞行时间特征对S1得到的窄带脉冲提取信号进行分析处理，然后对分析处理的结果进行缺陷特征信息的识别及提取；最后显示缺陷的深度和表面形貌特征，完成管道弯头缺陷的检测。

S1中，从Chirp激励响应信号中提取不同中心频率下导波的窄带脉冲信号的过程如下：

确定理想脉冲激励信号为s_d(t)，理想脉冲激励信号s_d(t)的响应信号R_d(ω)为：