[发明专利]一种管道缺陷超声内检测复合传感器阵列及缺陷定量方法

摘要

本发明公开了一种管道缺陷超声内检测复合传感器阵列及缺陷定量方法，该复合传感器阵列包括沿管道内表面均匀分布的两列直探头阵列S1和S3、两列轴向斜探头阵列S2和S4，以及两列周向斜探头阵列S5和S6。探头阵列按径向探头阵列S1→轴向斜探头阵列S2→径向探头阵列S3→轴向斜探头阵列S4→周向斜探头阵列S5→周向斜探头阵列S6的方式分布；每列探头均匀排列分布；探头数目由被检测管道内径确定。该发明还公布了根据传感器空间分布方位及每个传感器接收到的信号定量缺陷三维参数的方法。该发明中的装置和方法可以有效检测管道壁上各种不同种类的缺陷，特别是能够在一次性通过管道时检测出微小缺陷并提供量化信息。

主权项

1.一种基于超声内检测复合阵列的管道缺陷定量方法，其特征在于，包括复合超声传感器阵列结构设计方法、超声传感器及声束入射点坐标位置确定方法和缺陷定量方法三部分；所述复合超声传感器阵列结构设计方法：步骤1.1，将脉冲超声传感器作为阵列检测单元，以单个传感器在管道壁中的传播特性作为阵列设计依据之一；步骤1.2，复合传感器阵列包括沿管道内表面均匀分布的两列直探头阵列S1和S3、两列轴向斜探头阵列S2和S4，以及两列周向斜探头阵列S5和S6；传感器以S1→S2→S3→S4→S5→S6分布，形成S1‑S3；S2‑S4；S5‑S6三种声束入射模式阵列，各模式阵列的检测区域均能完全覆盖管壁；步骤1.3，传感器阵列的检测区域覆盖管道内表面、外表面及管道壁，为了使S2‑S4和S5‑S6在整个管道检测区域中遇到缺陷时有较大的回波声压，并且回波干扰尽可能小，S2‑S4和S5‑S6的声束入射角α设计在第一临界角与第二临界角之间；步骤1.4，考虑到超声传感器之间声场相互影响最小，同时传感器的声束入射面有尽可能大的重叠面积，得到传感器水程提离距离hi，其中i＝1,2,3，分别代表S1‑S3，S2‑S4，S5‑S6三种入射模式阵列；步骤1.5，根据传感器的声束角和水程提离距离h_i，得到传感器检测弧长l_i的计算公式；步骤1.6，根据管道内半径R，管道壁厚B，传感器检测弧长li，得到传感器阵列中传感器数量的确定公式Ni；超声传感器及声束入射点坐标位置确定方法：步骤2.1，坐标系的建立：在复合传感器阵列上建立一套固定直角坐标系，这套坐标系相对于管道是移动的，坐标原点选在复合阵列的最后端面中心，Z轴与传感器阵列轴线重合，XOY面为垂直于阵列轴线的截面；步骤2.2，超声传感器空间位置确定：根据传感器阵列几何结构，确定每个传感器的空间位置Cin，其中i＝1,2,3，分别代表S1‑S3，S2‑S4，S5‑S6三种入射模式阵列；n＝1,2,3…Ni，表示同种入射模式传感器阵列中传感器对应编号；步骤2.3，声束入射点空间位置确定：根据传感器阵列在管道中的位置、传感器空间位置Cin和声束入射角α，确定其在管道内壁上对应声束入射点Pin；缺陷定量方法：步骤3.1，根据S2‑S4的声束入射角α、缺陷回波存在的时间t、阵列移动距离L和声束在管壁内的传播路径，得出缺陷的高l高；其中，步骤3.2，根据S₁‑S₃中传感器接收到的缺陷回波存在时间t′、阵列移动距离L′、晶片直径d以及声束角可以得到缺陷的长l_长；步骤3.3，根据S₁‑S₃中对同一缺陷的探头个数q、晶片直径d、声束角以及探头空间位置，得出缺陷的宽l_宽；步骤3.4，生成缺陷可视化网格图像。