CN102520064B

CN102520064B - 基于时间反转聚焦方法的管道缺陷大小判定方法

Info

Publication number: CN102520064B
Application number: CN 201110393575
Authority: CN
Inventors: 吴斌; 符浩; 何存富; 周进节
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2031-12-01
Also published as: CN102520064A

Abstract

基于时间反转聚焦方法的管道缺陷大小判定方法属于无损检测信号分析领域。本发明通过聚焦前检测曲线计算出缺陷位置

提取缺陷回波信号的幅值A₁，通过聚焦后检测曲线得到缺陷回波信号的幅值A₂，并计算放大倍数

有限元软件，建立一系列与被测管道材料、长度、外径、壁厚参数一致，带有不同尺寸缺陷的有限元管道模型；获得时间反转聚焦方法对不同圆周方向大小缺陷的放大倍数；并绘制放大倍数随缺陷圆周方向大小变化曲线，找出步骤所述放大倍数R所对应的点；该点在放大倍数随缺陷圆周方向大小变化曲线图中所对应的缺陷圆周方向大小，就是待测缺陷圆周方向的尺寸。本发明实现了管道圆周方向尺寸的判断，一次检测便可以计算得到缺陷位置与缺陷圆周方向大小。

Description

基于时间反转聚焦方法的管道缺陷大小判定方法

技术领域

本发明涉及基于时间延迟的导波信号分析方法，属于无损检测信号分析领域。

背景技术

超声导波检测管道的缺陷和损伤是近年来兴起的一项新的管道检测技术。和常规的漏磁、涡流、射线法相比具有检测效率高、传播距离远、检测范围大、不需要剥离外包层、对埋地管道不需要全部开挖、可以进行在线检测等优点，除了适用于一般的管道检测，对高架管道、有包覆层的管道、埋地管道、管道在公路路基穿越段和穿墙段、在水中的运行的管道等情况。与传统的超声波检测相比，超声导波技术有检测距离长(最长达200米)、可对管道进行100％检测、不需要耦合及和检测方便快速的优点。

目前，针对超声导波管道缺陷检测的研究主要集中在缺陷的定位方面。对于对不同大小缺陷的判定还处于初步阶段。已经公开或者发表的研究成功中，关于对管道缺陷尺寸判断的研究成果还是十分少见。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前超声导波管道检测中，缺陷大小尺寸无法确定的现状。利用时间反转聚焦方法对圆周方向上不同大小缺陷的放大倍数不同的原理，提出基于时间反转聚焦方法的管道缺陷沿管道圆周方向大小识别方法。

本发明主要利用时间反转聚焦方法对不同大小缺陷的放大倍数不同的原理，包括以下步骤：

1)利用时间反转式超声导波管道检测仪，对带有缺陷的管道进行常规超声导波检测，获得聚焦前检测曲线。

2)利用时间反转式超声导波管道检测仪，对缺陷进行聚焦，获得聚焦后检测曲线。

3)通过步骤1)中所述的聚焦前检测曲线中，缺陷回波信号的时间t与管道中相应超声导波波速c计算出缺陷位置

4)提取步骤1)中所述的聚焦前检测曲线中，缺陷回波信号的幅值A₁，以及步骤2)中所述的聚焦后检测曲线中，缺陷回波信号的幅值A₂，并计算放大倍数

R = \frac{A_{2}}{A_{1}} .

5)在有限元软件ANSYS中，建立一系列与被测管道材料、长度、外径、壁厚参数一致，带有不同尺寸缺陷的有限元管道模型。缺陷位置由步骤3)确定。缺陷沿管道轴向尺寸不变，沿管道圆周方向尺寸依次增大。

6)经过计算获得时间反转聚焦方法对不同圆周方向大小缺陷的放大倍数。并绘制放大倍数随缺陷圆周方向大小变化曲线。

7)在步骤6)中获得的放大倍数随缺陷圆周方向大小变化曲线图中，找出步骤4)中所述放大倍数R所对应的点。该点在放大倍数随缺陷圆周方向大小变化曲线图中所对应的缺陷圆周方向大小，就是待测缺陷圆周方向的尺寸。

本发明是利用时间反转聚焦方法来确定缺陷在管道圆周方向的大小的方法，其原理如下：

1)时间反转聚焦方法通过改变传感器激发的超声导波在圆周方向的分布情况来实现对缺陷处的聚焦。时间反转聚焦方法，能够将原来沿管道圆周方向均匀分布的超声导波能量，集中聚焦在缺陷处。因此能够提高缺陷回波的幅值。

2)缺陷周向大小不同，经过时间反转聚焦后，信号的放大倍数也有所不同。缺陷周向尺寸越小，聚焦后超声导波能量相对越集中，对应的缺陷回波放大倍数越大。缺陷周向尺寸越大，聚焦后超声导波能量相对越分散，对应缺陷回波放大倍数越小。当缺陷布满整个管道圆周方向时，聚焦后能量依旧沿圆周方向均匀分布，放大倍数接近于1。

3)在测得待测管道上时间反转方法对缺陷的放大倍数后，通过有限元计算得到对应管道的对应位置上，放大倍数随缺陷圆周尺寸变化曲线。在曲线中便可以利用测得的放大倍数确定缺陷的圆周尺寸。

与现有的超声导波管道检测方法相比，本发明具有以下优点：1)实现了管道圆周方向尺寸的判断。2)一次检测便可以计算得到缺陷位置与缺陷圆周方向大小。

附图说明

图1常规超声导波检测曲线

图2聚焦后检测曲线

图3放大倍数随缺陷圆周方向大小变化曲线

具体实施方式

结合本发明方法的内容提供以下试验实施例：

(1)利用时间反转式超声导波管道检测仪(见专利ZL200610144294)，对一根长2米外径144毫米壁厚5毫米带有缺陷的钢制无缝钢管进行检测，获得如图1所示的常规检测曲线。

(2)利用时间反转式超声导波管道检测仪，对步骤(1)中管道上的缺陷进行时间反转聚焦检测，获得如图2所示的聚焦后检测曲线。

(3)利用步骤(1)中所述的聚焦前检测曲线中，缺陷回波信号的时间t＝4.9×10^-4秒与管道中相应超声导波波速c＝5.8×10³米/秒，计算出缺陷位置

(4)提取步骤(1)中所述的聚焦前检测曲线中，缺陷回波信号的幅值A₁＝0.2799，以及步骤(2)中所述的聚焦后检测曲线中，缺陷回波信号的幅值A₂＝1.1511，并计算放大倍数

(5)在有限元软件ANSYS中，建立一系列长度2米，外径114毫米，壁厚5毫米带有不同尺寸缺陷的有限元管道模型。缺陷位置在步骤(3)中计算得到的1.4米处。缺陷沿管道轴向尺寸不变，沿管道圆周方向尺寸依次增大，对应圆心角由10°依次递增10°直到对应圆心角为360°。

(6)经过计算获得时间反转聚焦方法对不同圆周方向大小缺陷的放大倍数。并绘制放大倍数随缺陷圆周方向大小变化曲线如图3所示。

(7)在图3中，找出步骤(4)中所述放大倍数R＝4.1所对应的点。该在图3中所对应的缺陷圆心角为40°，利用圆心角与管道外径144毫米就可以计算出缺陷沿管道圆周分布尺寸D_R＝50毫米。与实际缺陷尺寸吻合。

Claims

1.基于时间反转聚焦方法的管道缺陷大小判定方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)利用时间反转式超声导波管道检测仪，对带有缺陷的管道进行常规超声导波检测，获得聚焦前检测曲线；

2)利用时间反转式超声导波管道检测仪，对缺陷进行聚焦，获得聚焦后检测曲线；

R = \frac{A_{2}}{A_{1}};

5)在有限元软件，建立一系列与被测管道材料、长度、外径、壁厚参数一致，带有不同尺寸缺陷的有限元管道模型；缺陷位置由步骤3)确定；缺陷沿管道轴向尺寸不变，沿管道圆周方向尺寸依次增大；

6)经过计算获得时间反转聚焦方法对不同圆周方向大小缺陷的放大倍数；并绘制放大倍数随缺陷圆周方向大小变化曲线；

7)在步骤6)中获得的放大倍数随缺陷圆周方向大小变化曲线图中，找出步骤4)中所述放大倍数R所对应的点；该点在放大倍数随缺陷圆周方向大小变化曲线图中所对应的缺陷圆周方向大小，就是待测缺陷圆周方向的尺寸。