CN105004795B - 伪缺陷信号识别及利用其提高管道无损检测精度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高超声导波管道无损检测精度的方法，包括对采集的管道缺陷检测信号进行分析处理，识别出其中由管道同一个位置处的缺陷在传播过程中产生的对应两个不同位置的两个反射信号中的非真实位置所对应的反射信号，以其作为伪缺陷信号并将其予以消除，从而实现对超声导波管道无损检测中检测信号的噪声抑制，实现检测精度的提高。本发明还公开了相应的超声导波管道检测中伪缺陷信号的识别方法及其在超声导波管道无损检测中的应用。本发明通过对缺陷检测信号进行分析处理，识别出其中存在的伪缺陷信号，并进而予以消除，从而减小超声导波管道无损检测中信号噪声的影响，实现检测精度的大大提高。

Description

伪缺陷信号识别及利用其提高管道无损检测精度的方法

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种伪缺陷信号识别方法及通过识别该伪缺陷信号提高超声导波管道无损检测精度的方法。

背景技术

导波检测技术是一种高效的管道检测技术，其具有非接触、快速、检测距离远和可以实现整个管道体积检测等优点。但是，由于噪声或各种干扰的存在，使得检测精度受到影响。

为了克服导波检测中各种噪声或干扰因素对精度的影响，目前出现了多种抑制噪声或者提高缺陷检测信号辨识度的方案。例如，专利文献CN101082603A中公开了一种超声检测信号中复杂成分噪声的抑制方法，其通过对信号进行波形处理，利用图像处理技术对噪声进行抑制，从而提高检测信号的辨识度。

上述通过抑制噪声或者提高缺陷检测信号辨识度的方法，对获得精确的检测信号，进而获取精确的检测值，确实产生了积极的作用，可以使得导波检测的精度大幅提升。但是，实际应用中，导波检测还是会存在其他干扰的影响，使得其检测精度仍然不够高，导致导波检测的应用仍然受到一定的局限。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种伪缺陷信号识别及利用其提高管道无损检测精度的方法，其通过对缺陷检测信号进行分析处理，识别并消除其中的伪缺陷信号，从而减小超声导波管道无损检测中信号噪声的影响，实现检测精度的大大提高。

按照本发明的一个方面，提供一种提高超声导波管道无损检测精度的方法，其特征在于，该方法包括对采集的管道缺陷检测信号进行分析处理，识别出其中由管道同一个位置处的缺陷在传播过程中产生的对应两个不同位置的两个反射信号中的非真实位置所对应的反射信号，以其作为伪缺陷信号并将其予以消除，从而实现对超声导波管道无损检测中检测信号的噪声抑制，实现检测精度的提高。

作为本发明的改进，所述伪缺陷信号由检测信号在管道缺陷位置处和两管端之间来回反射和透射而产生。

作为本发明的改进，所述伪缺陷信号在检测信号的第二周期内开始出现，其与真实缺陷信号关于该周期信号的时域中点(即该周期时间轴的中点)对称。

作为本发明的改进，通过提取第一、二周期内的检测信号并进行位置对比，即可确定伪缺陷信号对应的缺陷位置，从而识别出伪缺陷信号，进而可实现消除，具体为：

将第一周期内的每个波包逐个与第二周期内的所有波包分别进行位置参数对比，该第一周期内的某一波包与第二周期内的某一波包位置相同则认为此波包为真实缺陷信号，如果第一周期内的某一个波包与第二周期内所有波包的位置都不相同则此波包为噪声信号，置其幅值为零；

将第二周期的每个波包逐个与第一周期内所有波包进行位置参数对比，若第二周期内的某一波包与第一周期内的某一波包位置相同，则此波包为真实缺陷信号，若第二周期内的某一个波包与第一周期内所有波包的位置都不相同，则此波包为伪缺陷信号。

作为本发明的改进，所述伪缺陷信号的消除通过将其幅值置为零实现。

作为本发明的改进，所述第一周期和第二周期的波包在进行位置参数对比前，还可对其进行初降噪，即将各周期内波包幅值小于预定幅值的波包幅值置为零。

按照本发明的另一方面，提供一种超声导波管道检测中伪缺陷信号的识别方法，包括如下步骤：

(1)提取超声导波管道检测中的检测信号的第一和二周期内的波包；

(2)将各周期内波包幅值小于预定幅值的波包幅值置为零，以对信号进行初次降噪；

(3)将第一周期内的每个波包逐个与第二周期内的所有波包分别进行位置参数对比，该第一周期内的某一波包与第二周期内的某一波包位置相同则认为此波包为真实缺陷信号，如果第一周期内的某一个波包与第二周期内所有波包的位置都不相同则此波包为噪声信号，置其幅值为零；

(4)将第二周期的每个波包逐个与第一周期内所有波包进行位置参数对比，若第二周期内的某一波包与第一周期内的某一波包位置相同，则此波包为真实缺陷信号，若第二周期内的某一个波包与第一周期内所有波包的位置都不相同，则此波包为伪缺陷信号。

作为本发明的改进，通过将所述伪缺陷信号的幅值置于零，实现对伪缺陷信号的消除。

作为本发明的改进，所述预定幅值优选为对应周期内波包最大幅值的30-50％，更优选为40％。

按照本发明的又一方面，提供一种上述超声导波管道检测中伪缺陷信号的识别方法在超声导波管道检测中的应用。

实际上，当检测含缺陷的有限长管道时，因导波在缺陷和管端之间来回反射和透射，同一个缺陷会在检测信号中出现位于不同位置的两个反射信号，导致无法判断缺陷的真实位置和数量。其中一个反映缺陷的不真实或错误位置的信号称其为伪缺陷信号。这一伪缺陷信号的产生，给管道缺陷检测信号的识别带来极大难度。本发明在超声导波在管道中传播特性的基础上，创造性地分析出超声导波在管道检测中存在伪缺陷信号，其是由超声导波在管道中的缺陷以及管道两端之间传播时反射和透射所产生，并进一步通过分析伪缺陷信号出现的位置规律，采用匹配追踪方法对导波反射信号进行识别，找出真实缺陷信号和伪缺陷信号出现的位置，并研究出信号辨别算法，将伪缺陷信号消除，实现去伪存真。

本发明在超声导波在管道中传播特性的基础上，分析出超声导波在管道检测时伪缺陷信号出现的位置规律，通过获得的伪缺陷位置规律，采取改进的匹配追踪方法对导波反射信号进行识别，找出真实缺陷信号和伪缺陷信号出现的位置，并研究出信号辨别算法，将伪缺陷信号消除，实现去伪存真。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1)本发明通过一系列的理论研究和实验验证，发现了超声导波在构件中的传播特点和规律，总结得出导波在构件中传播的历程图，创造性地发现了检测信号中伪缺陷信号的存在及其规律，其是影响检测精度的主要因素；

2)本发明基于上述伪缺陷信号的规律对检测信号进行分析处理，识别伪缺陷信号，并对其进行消除处理，极大的提高了导波检测效率和精度；

3)本发明能够有效识别导波检测信号中伪缺陷信号并对其进行消除，能够从处理后的检测信号中得到真实的缺陷位置和数量，克服了导波检测含缺陷有限长管道时伪缺陷信号对判断检测信号中缺陷位置和数量所造成的干扰，提高了导波检测的准确率与可信度，具有较为广泛的应用。

附图说明

图1(a)-(h)为导波在管道中传播路径的简化示意图；

图2(a)-(h)为对应图1(a)-(h)的有限元模拟图；

图3为钢管导波检测信号图；

图4(a)为从检测信号第一周期提取缺陷信号图,4(b)为从检测信号第二周期提取缺陷信号图；

图5(a)和(b)分别对应为第一周期和第二周期提取缺陷信号进行初次降噪后的检测信号；

图6为位置对比后第一周期检测信号；

图7为消除伪缺陷后钢管检测信号图；

图8为本发明一个实施例的进行伪缺陷信号识别方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

按照本发明实施例所构建的一种通过识别伪缺陷信号提高超声导波管道无损检测的检测精度的方法，其包括如下步骤：

首先对采集的管道缺陷检测信号进行分析处理，识别出其中的伪缺陷信号，其中伪缺陷信号为管道同一个位置处的缺陷在传播过程中产生的对应两个不同位置的两个反射信号中的一个，实际上其为非真实缺陷位置所对应的反射信号，将该反射信号以其作为伪缺陷信号并将其予以消除，从而实现对超声导波管道无损检测中检测信号的噪声抑制，实现检测精度的提高。

实际上，上述伪缺陷信号是由检测信号在管道缺陷位置处和两管端之间来回反射和透射而产生。

进一步研究发现，在检测信号的第一周期内，不会出现伪缺陷信号或伪缺陷信号幅值较小可以忽略；在第二周期内，出现伪缺陷信号，并且它与真实缺陷信号关于该周期信号的时域中点对称。

本实施例中，通过提取第一、二周期内的检测信号并进行位置对比，即可确定伪缺陷信号对应的缺陷位置，从而识别出伪缺陷信号，进而通过将其幅值置为零，将所述伪缺陷信号消除。

本发明另一实施例中，关于超声导波管道无损检测中伪缺陷信号的识别方法中，包括如下步骤：

(1)绘制导波在含不同数量和位置缺陷的管道中传播路径的简化示意图，如附图1所示，在图1(a)中管道只有一个缺陷位于管道中央，在导波传播的示意图中只有一个缺陷反射信号位于管道中央；在图1(b)中管道只有一个缺陷位于距管端传感器1/3管长处，在导波传播示意图中出现两个缺陷反射信号，其中一个为真实缺陷反射信号，另一个为伪缺陷信号，两者关于该周期信号的时域中点对称，第一反射周期内的伪缺陷信号幅值较小，在实际检测中会被噪声淹没，第二反射周期内的伪缺陷信号幅值较大，因此可以认为第一反射周期内只有真实缺陷信号而第二反射周期内有真实缺陷信号和伪缺陷信号；在图1(c)中管道只有一个缺陷位于距管端传感器2/3管长处，在导波传播示意图的第一反射周期内只有真实缺陷反射信号，第二反射周期内有真实缺陷信号和伪缺陷信号，两者关于信号时域中点对称；在图1(d)中管道只有一个缺陷位于距管端传感器1/4管长处，在导波传播示意图的第一反射周期内出现伪缺陷信号但幅值较小可以忽略，在第二反射周期内出现两个伪缺陷信号但其中一个幅值较小可以忽略，真实缺陷反射信号与幅值较大的伪缺陷信号关于信号时域中点对称；在图1(e)中管道只有一个缺陷位于距管端传感器3/4管长处，在导波传播示意图的第一反射周期内只有真实缺陷反射信号，第二反射周期内出现两个伪缺陷信号但其中一个幅值较小可以忽略，真实缺陷反射信号与幅值较大的伪缺陷信号关于信号时域中点对称；在图1(f)中管道有两个缺陷分别位于距管端传感器1/3和1/2管长处，在导波传播示意图的第一反射周期内出现两个真实缺陷反射信号，出现两个伪缺陷信号但幅值较小可以忽略，第二反射周期内出现两个伪缺陷信号但其中一个幅值较小可以忽略，真实缺陷反射信号1与幅值较大的伪缺陷信号关于信号时域中点对称，真实缺陷反射信号2与其对应的伪缺陷信号重合；在图1(g)中管道有两个缺陷分别位于距管端传感器1/3和2/3管长处，在导波传播示意图中的每个反射周期中只出现了两个缺陷反射信号，未出现伪缺陷信号，原因在于真实缺陷反射信号与伪缺陷信号重合；在图1(h)中管道有两个缺陷分别位于距管端传感器1/3和3/4管长处，在导波传播示意图中的第一反射周期内有两个真实缺陷反射信号和一个伪缺陷信号，其中伪缺陷信号与缺陷1反射信号相对应，在第二反射周期内有两个真实缺陷反射信号和两个伪缺陷信号，每个真实缺陷反射信号与对应的伪缺陷信号关于信号时域中点对称。

归纳总结以上情况得到伪缺陷信号的位置规律：在检测信号的第一周期内，不会出现伪缺陷信号或伪缺陷信号幅值较小可以忽略；在第二周期内，出现伪缺陷信号，并且它与真实缺陷信号关于信号时域中点对称，提取第一、二周期内的缺陷信号，并进行位置对比，即可确定伪缺陷的位置。

本实施例中，通过利用ANSYS有限元仿真软件，对导波在含不同数量和位置缺陷的管道中的传播进行模拟，模拟结果如图2所示，模拟缺陷情况与附图1中缺陷情况相对应，模拟结果与附图1中导波反射情况一致，说明导波传播简化示意图得到的伪缺陷信号位置规律是正确的。

本实施例中，优选使用磁致伸缩导波检测系统对外径159mm，壁厚5mm，长5520mm的钢管进行检测，其中在距传感器2/3管长处有一刻痕缺陷，检测信号如图3所示，在检测信号的第一周期中缺陷反射信号不明显，无法进行判断；从第二周期开始，每个周期内有两个明显的缺陷反射信号，以此信号为例运用算法将检测信号中的伪缺陷信号消除。

提取检测信号中第一、二周期中的缺陷信号，如图4的实施例中，每个周期有5个缺陷波包，其中包含噪声与缺陷反射信号。

接下来，计算每个周期中缺陷波包幅值最大值，将其他缺陷回波信号幅值小于缺陷波包信号幅值最大值40％的缺陷信号舍去，同时舍去端面反射回波信号，得到初次降噪后检测信号(图5)，每个周期只剩下2个缺陷波包。本实施例中预设幅值为幅值最大值的40％仅是一个优选，实际上可以根据实际需要进行选取，例如可以为30-50％。

然后，将周期一内所有缺陷波包分别与周期二内每个缺陷回波进行位置对比，如果有一个相同，则此缺陷波包为真正缺陷波包；若没有一个相同，则此缺陷波包为噪声，可以舍去。位置对比后周期一检测信号如图6所示，图中波包即为周期一的真正缺陷波包。

之后，将周期二内缺陷信号分别与周期一内每个缺陷信号进行位置对比，若周期二内的某一个缺陷信号与周期一内的某个信号位置相同，则此信号为真正的缺陷信号；若周期二内的某一个缺陷信号与周期一内任一缺陷信号位置都不相同，则此信号为伪缺陷信号，记录伪缺陷位置，实现伪缺陷信号的识别。

接下来，将伪缺陷位置处的缺陷回波信号赋值为零，得到消除伪缺陷的实验信号，如图7所示，图中检测信号中的伪缺陷信号得以消除，只剩下真正的缺陷信号。

本实施例的识别方法的具体过程可以根据图8所示的流程予以说明，其中：

第一步：输入检测信号；

第二步：使用匹配追踪方法提取检测信号中第一、二周期内的波包，并记录其参数；

第三步：对各周期内波包的幅值进行排序，找出此周期内波包最大幅值；

第四步：将各周期内波包幅值小于最大幅值40％的波包幅值为零，对信号进行初次降噪；

第五步：将周期一内波包逐个与周期二内所有波包进行位置参数对比，如果周期一内的某一个波包与周期二内的某一个波包位置相同则可认为此波包为真实缺陷信号，如果周期一内的某一个波包与周期二内任意一个波包的位置都不相同则此波包为噪声信号可幅值为零；

第六步：将周期二内波包逐个与周期一内所有波包进行位置参数对比，如果周期二内的某一个波包与周期一内的某一个波包位置相同则可认为此波包为真实缺陷信号，如果周期二内的某一个波包与周期一内任意一个波包的位置都不相同则此波包为伪缺陷信号，并记录伪缺陷信号的位置；

第七步：将检测信号中伪缺陷信号位置处的缺陷信号幅值置为零即可消除伪缺陷信号；

第八步：将处理后的检测信号输出。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高超声导波管道无损检测精度的方法，其特征在于，该方法包括对采集的管道缺陷检测信号进行分析处理，识别出其中由管道同一个位置处的缺陷在传播过程中产生的对应两个不同位置的两个反射信号中的非真实位置所对应的反射信号，以其作为伪缺陷信号并将其予以消除，从而实现对超声导波管道无损检测中检测信号的噪声抑制，实现检测精度的提高；

所述伪缺陷信号在检测信号的第二周期内开始出现，且其与真实缺陷信号关于该周期信号的时域中点对称。

2.根据权利要求1所述的一种提高超声导波管道无损检测精度的方法，其中，所述伪缺陷信号由检测信号在管道缺陷位置处和两管端之间来回反射和透射而产生。

3.根据权利要求1或2所述的一种提高超声导波管道无损检测精度的方法，其中，通过提取第一、二周期内的检测信号并进行位置对比，即可确定伪缺陷信号对应的缺陷位置，从而识别出伪缺陷信号，进而可实现消除，具体为：

将第一周期内的每个波包逐个与第二周期内的所有波包分别进行位置参数对比，该第一周期内的某一波包与第二周期内的某一波包位置相同则认为此波包为真实缺陷信号，如果第一周期内的某一个波包与第二周期内所有波包的位置都不相同则此波包为噪声信号，置其幅值为零；

将第二周期的每个波包逐个与第一周期内所有波包进行位置参数对比，若第二周期内的某一波包与第一周期内的某一波包位置相同，则此波包为真实缺陷信号，若第二周期内的某一个波包与第一周期内所有波包的位置都不相同，则此波包为伪缺陷信号。

4.根据权利要求1或2所述的一种提高超声导波管道无损检测精度的方法，其中，所述伪缺陷信号的消除通过将其幅值置为零实现。

5.根据权利要求3所述的一种提高超声导波管道无损检测精度的方法，其中，所述第一周期和第二周期的波包在进行位置参数对比前，还可对其进行初降噪，即将各周期内波包幅值小于预定幅值的波包幅值置为零。

6.一种超声导波管道检测中伪缺陷信号的识别方法，包括如下步骤：

(1)提取超声导波管道检测中的检测信号的第一、二周期内的波包；

(2)将各周期内波包幅值小于预定幅值的波包幅值置为零，以对信号进行初次降噪；

(3)将第一周期内的每个波包逐个与第二周期内的所有波包分别进行位置参数对比，该第一周期内的某一波包与第二周期内的某一波包位置相同则认为此波包为真实缺陷信号，如果第一周期内的某一个波包与第二周期内所有波包的位置都不相同则此波包为噪声信号，置其幅值为零；

(4)将第二周期的每个波包逐个与第一周期内所有波包进行位置参数对比，若第二周期内的某一波包与第一周期内的某一波包位置相同，则此波包为真实缺陷信号，若第二周期内的某一个波包与第一周期内所有波包的位置都不相同，则此波包为伪缺陷信号。

7.根据权利要求6所述的一种超声导波管道检测中伪缺陷信号的识别方法，其中，通过将所述伪缺陷信号的幅值置于零，实现对伪缺陷信号的消除。

8.根据权利要求6或7所述的一种超声导波管道检测中伪缺陷信号的识别方法，其中，所述预定幅值为对应周期内波包最大幅值的30-50％。

9.根据权利要求6或7所述的一种超声导波管道检测中伪缺陷信号的识别方法，其中，所述预定幅值为对应周期内波包最大幅值的40％。

10.权利要求6-9中任一项所述的超声导波管道检测中伪缺陷信号的识别方法在超声导波管道检测中的应用。