CN111398422A - 一种罐状容器缺陷导波检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及管道容器缺陷导波检测技术领域，尤其是一种罐状容器缺陷导波检测方法，包括导波收发探头（1）、导波控制器（2）、导波深度偏移成像系统（3）。其中，导波收发探头（1）包含导波发射探头（4）和导波接收探头（5）；导波控制器（2）包含变频换能器（6）、电源（7）和硬件滤波器（8）；导波深度偏移成像系统（3）包含PC电脑（9）、去噪滤波模块（10）、深度偏移算法（11）、缺陷特征知识库（12）和可视化工具（13）。所述的导波收发探头（1）用于激发和接受T(0,1)导波信号；所述的导波控制器（2）用于改变导波发射频率、提高发射功率和实施信硬件滤波；所述的导波深度偏移成像系统（3）用于处理收发数据，对罐状容器号的缺陷进行精准识别和偏移成像。本发明采用了先进的导波检测技术、罐状容器建模技术和深度偏移成像算法技术，能够对罐状容器的缺陷腐蚀进行大面积、高效地定位检测和精准成像，有力保障大型工业企业的正常生产活动。

Description

一种罐状容器缺陷导波检测方法
技术领域
本发明涉及罐状容器缺陷导波检测技术领域，具体为一种罐状容器缺陷导波检测方法。
背景技术
罐状容器缺陷导波检测技术是一项新兴的罐状容器缺陷检测技术，相比于传统的超声波穿透检测技术，它以检测覆盖长度或面积大、检测效率高而具有明显实用优势，适用于数量众多的各类容器设施，对于石油、化工、制药等各类工业企业的罐状容器设施具有全面推广价值。但导波检测技术具有很高的技术门槛，包括L(0,2)/T(0,1)导波的收发技术、去噪算法、缺陷精准成像技术等软硬一体化技术，都不是一般的数据处理软件公司能够研发出来的，目前，该类产品只有美国、英国、以色列等少数几家公司研发出了成熟成型的产品，国内尚未有类似成熟产品。我司前期对国外产品技术进行了充分调研，结合自身对导波收发及成像技术的深入研究，采用磁致伸缩收发原理，在进行大量T(0,1)导波收发实验的基础上，研发出了国内第一套罐状容器缺陷导波检测仪器，在该技术领域实现了国内零的突破。
传统的超声波穿透检测缺陷技术主要存在以下缺陷：
(1)效率低。一次只能检测1-2平方米；
(2)不适合24小时在线检测。手动发射。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种罐状容器缺陷导波检测方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种罐状容器缺陷导波检测方法，以解决现有技术中对罐状容器缺陷检测效率不高的问题。其特征在于：包括导波收发探头（1）、导波控制器（2）、导波深度偏移成像系统（3）。其中，导波收发探头（1）包含导波发射探头（4）和导波接收探头（5）；导波控制器（2）包含变频换能器（6）、电源（7）和硬件滤波器（8）；导波深度偏移成像系统（3）包含PC电脑（9）、去噪滤波模块（10）、深度偏移算法（11）、缺陷特征知识库（12）和可视化工具（13）。所述的导波收发探头（1）用于激发和接受T(0,1)导波信号；所述的导波控制器（2）用于改变导波发射频率、提高发射功率和实施信号硬件滤波；所述的导波深度偏移成像系统（3）用于处理收发数据，对罐状容器的缺陷进行精准识别和偏移成像。
本发明还具有以下附加技术特征：
作为本发明技术方案进一步具体优化的：在导波收发探头（1）方面，采用了一种新型的的稀土永磁钕铁硼磁体材料，用在罐容器壁上，其比现有国内磁致伸缩导波收发探头常用的铁氧体或铝镍钴合金材料具有更强的磁化强度，激发出来的导波信号强度更大，信噪比更高。
作为本发明技术方案进一步具体优化的：在导波控制器（2）的硬件滤波器（8）方面，在国内首次实现了反褶积算法的硬件滤波，将主要去噪工作关口前移，大大提高了原始接收数据的信噪比和质量，减少了后序缺陷成像的数据预处理工作量。
作为本发明技术方案进一步具体优化的：在导波深度偏移成像系统（3）的去噪滤波模块（10）方面，首次引入和采用了希尔伯特-黄变换，可以有效压制不可预测的外部背景噪音。
作为本发明技术方案进一步具体优化的：在导波深度偏移成像系统（3）的深度偏移算法（11）方面，首次借鉴了反射地震学的介质传播速度建模和偏移成像算法的思想方法，首次对罐状容器进行三角形有限元法速度建模，首次采用波动方程对罐状容器中的导波信号传播反射衍射进行深度偏移算法反演成像，提高了罐状容器缺陷的导波成像精度。
作为本发明技术方案进一步具体优化的：在导波深度偏移成像系统（3）的缺陷特征知识库（12）方面，建立了适用于罐状容器的缺陷导波信号特征数据库，例如，【1】容器壁无腐蚀时，焊缝波形明显而独立, 信号衰减程度自然, 杂波幅度较低；【2】容器壁有焊缝时，波形波幅较高而孤立, 波形对称而光滑；【3】容器壁有腐蚀坑时，波形呈现不连续或孤立脉冲, 有一定的波幅但不是很高且呈孤岛状, 同时能够正确显示焊缝和支撑波型。
作为本发明技术方案进一步具体优化的：在罐状容器缺陷导波检测方法流程方面，建立了科学完整的方法步骤，其步骤为：
1）将所有导波收发探头（1）按照要求全部贴好在罐状容器器壁上的正确位置上；
2）打开导波控制器（2），打开其中的一对收发探头，利用铁钴合金材料的强磁化特征和磁致伸缩原理，通过变频换能器（7）变频调整发射导波信号（4），通过观察回波信号质量（5）（9），直至出现干净的T(0,1)模态导波信号；
3）打开所有的收发探头，按照2）中测试好的频率，激发和接收T(0,1)模态导波信号，将数据传输到导波深度偏移成像系统（3）中；
4）打开PC电脑（9）中的导波深度偏移成像系统（3），根据回波信号质量情况调用去噪滤波模块（10），提高信号的信噪比。包括并不限于白噪滤波、带宽滤波、根据发射导波信号确定子波函数对回波进行反褶积处理；
5）调用深度偏移算法（11）对波场反射数据集进行成像处理。包括录入罐状容器的形状参数、收发探头位置数据、导波信号参数、导入回波数据集、调用深度偏移算法包、保存成像处理成果数据等；
6）调用可视化工具（13）显示成像数据结果；
7）验证大量实际检测案例，建立罐状容器缺陷导波特征知识库（12），用于大数据机器智能判断，替代人工肉眼判断。
与现有的超声波穿透检测技术相比，本发明的优势是：检测效率高，支持24小时检测各类罐状容器；
（1）检测效率高，传统技术一次可检测1-2平方米，本发明技术一次可检测50-100平方米，效率提高20-50倍左右；
(2) 支持24小时全天候全年检测。采用了云计算和自动控制技术。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的方法原理图；
图中：1、导波收发探头；2、导波控制器；3、导波深度偏移成像系统；4、导波发射探头；5、导波接收探头；6、变频换能器；7、电源；8、硬件滤波器；9、PC电脑；10、去噪滤波模块；11、深度偏移算法；12、缺陷特征知识库；13、可视化工具。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案及方法进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种罐状容器缺陷导波检测方法，以解决现有技术中对罐状容器缺陷检测效率不高的问题。其特征在于：包括导波收发探头（1）、导波控制器（2）、导波深度偏移成像系统（3）。其中，导波收发探头（1）包含导波发射探头（4）和导波接收探头（5）；导波控制器（2）包含变频换能器（6）、电源（7）和硬件滤波器（8）；导波深度偏移成像系统（3）包含PC电脑（9）、去噪滤波模块（10）、深度偏移算法（11）、缺陷特征知识库（12）和可视化工具（13）。所述的导波收发探头（1）用于激发和接受T(0,1)导波信号；所述的导波控制器（2）用于改变导波发射频率、提高发射功率和实施信号硬件滤波；所述的导波深度偏移成像系统（3）用于处理收发数据，对罐状容器的缺陷进行精准识别和偏移成像。
导波收发探头（1）。这是本方法的核心技术之一，采用磁致伸缩原理研发T(0,1)导波收发探头，导波收发探头（1）采用了一种新型的稀土永磁钕铁硼磁体材料，用在罐容器壁上，其比现有国内磁致伸缩导波收发探头常用的铁氧体或铝镍钴合金材料具有更强的磁化强度，激发出来的导波信号强度更大，信噪比更高；导波收发探头（1）包含导波发射探头（4）和导波接收探头（5）。
导波控制器（2）。用于改变导波发射频率、提高发射功率和实施信号硬件滤波。
导波深度偏移成像系统（3）。这是本方法的核心技术之一，用于处理收发数据，对罐状容器的缺陷进行精准识别和偏移成像。
导波发射探头（4）。是导波收发探头（1）的一个组成部分。
导波接收探头（5）。是导波收发探头（1）的一个组成部分。
变频换能器（6）。是导波控制器（2）的一个组成部分，用于改变导波发射频率，搜索和定位适用于该罐状容器激发出T(0,1)导波的合适频率域。
电源（7）。是导波控制器（2）的一个组成部分。
硬件滤波器（8）。是导波控制器（2）的一个组成部分，首次实现了反褶积算法的硬件滤波，将主要去噪工作关口前移，大大提高了原始接收数据的信噪比和质量，减少了后序缺陷成像的数据预处理工作量。
PC电脑（9）。是导波深度偏移成像系统（3）的一个组成部分。
去噪滤波模块（10）。是导波深度偏移成像系统（3）的一个组成部分。首次引入和采用了希尔伯特-黄变换，可以有效压制不可预测的外部背景噪音。
深度偏移算法（11）。是导波深度偏移成像系统（3）的一个组成部分。首次借鉴了反射地震学的介质传播速度建模和偏移成像算法的思想方法，首次对罐状容器进行三角形有限元法速度建模，首次采用波动方程对罐状容器中的导波信号传播反射衍射进行深度偏移算法反演成像，提高了罐状容器缺陷的导波成像精度。
缺陷特征知识库（12）。是导波深度偏移成像系统（3）的一个组成部分。建立了适用于罐状容器的缺陷导波信号特征数据库，例如，【1】容器壁无腐蚀时，焊缝波形明显而独立,信号衰减程度自然, 杂波幅度较低；【2】容器壁有焊缝时，波形波幅较高而孤立, 波形对称而光滑；【3】容器壁有腐蚀坑时，波形呈现不连续或孤立脉冲, 有一定的波幅但不是很高且呈孤岛状, 同时能够正确显示焊缝和支撑波型。
可视化工具（13）。是导波深度偏移成像系统（3）的一个组成部分。
作为本发明整体描述，一种罐状容器缺陷导波检测方法，其步骤为：
1）将所有导波收发探头（1）按照要求全部贴好在罐状容器器壁上的正确位置上；
2）打开导波控制器（2），打开其中的一对收发探头，利用铁钴合金材料的强磁化特征和磁致伸缩原理，通过变频换能器（7）变频调整发射导波信号（4），通过观察回波信号质量（5）（9），直至出现干净的T(0,1)模态导波信号；
3）打开所有的收发探头，按照2）中测试好的频率，激发和接收T(0,1)模态导波信号，将数据传输到导波深度偏移成像系统（3）中；
4）打开PC电脑（9）中的导波深度偏移成像系统（3），根据回波信号质量情况调用去噪滤波模块（10），提高信号的信噪比。包括并不限于白噪滤波、带宽滤波、根据发射导波信号确定子波函数对回波进行反褶积处理；
5）调用深度偏移算法（11）对波场反射数据集进行成像处理。包括录入罐状容器的形状参数、收发探头位置数据、导波信号参数、导入回波数据集、调用深度偏移算法包、保存成像处理成果数据等；
6）调用可视化工具（13）显示成像数据结果；
7）验证大量实际检测案例，建立罐状容器缺陷导波特征知识库（12），用于大数据机器智能判断，替代人工肉眼判断。
尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种罐状容器缺陷导波检测方法，其特征在于：包括导波收发探头（1）、导波控制器（2）、导波深度偏移成像系统（3）；其中，导波收发探头（1）包含导波发射探头（4）和导波接收探头（5）；导波控制器（2）包含变频换能器（6）、电源（7）和硬件滤波器（8）；导波深度偏移成像系统（3）包含PC电脑（9）、去噪滤波模块（10）、深度偏移算法（11）、缺陷特征知识库（12）和可视化工具（13）；所述的导波收发探头（1）用于激发和接受T(0,1)导波信号；所述的导波控制器（2）用于改变导波发射频率、提高发射功率和实施信号硬件滤波；所述的导波深度偏移成像系统（3）用于处理收发数据，对罐状容器的缺陷进行精准识别和偏移成像。
2.根据权利要求1所述的一种罐状容器缺陷导波检测方法，其特征在于：所述的导波收发探头（1）采用了一种新型的稀土永磁钕铁硼磁体材料，用在罐容器壁上，其比现有国内磁致伸缩导波收发探头常用的铁氧体或铝镍钴合金材料具有更强的磁化强度，激发出来的导波信号强度更大，信噪比更高。
3.根据权利要求1所述的一种罐状容器缺陷导波检测方法，其特征在于：导波控制器（2）的硬件滤波器（8）在国内首次实现了反褶积算法的硬件滤波，将主要去噪工作关口前移，大大提高了原始接收数据的信噪比和质量，减少了后序缺陷成像的数据预处理工作量。
4.根据权利要求1所述的一种罐状容器缺陷导波检测方法，其特征在于：导波深度偏移成像系统（3）的去噪滤波模块（10）首次引入和采用了希尔伯特-黄变换，可以有效压制不可预测的外部背景噪音。
5.根据权利要求1所述的一种罐状容器缺陷导波检测方法，其特征在于：导波深度偏移成像系统（3）的深度偏移算法（11）首次借鉴了反射地震学的介质传播速度建模和偏移成像算法的思想方法，首次对罐状容器进行三角形有限元法速度建模，首次采用波动方程对罐状容器中的导波信号传播反射衍射进行深度偏移算法反演成像，提高了罐状容器缺陷的导波成像精度。
6.根据权利要求1所述的一种罐状容器缺陷导波检测方法，其特征在于：导波深度偏移成像系统（3）的缺陷特征知识库（12），建立了适用于罐状容器的缺陷导波信号特征数据库，例如，【1】容器壁无腐蚀时，焊缝波形明显而独立, 信号衰减程度自然, 杂波幅度较低；【2】容器壁有焊缝时，波形波幅较高而孤立, 波形对称而光滑；【3】容器壁有腐蚀坑时，波形呈现不连续或孤立脉冲, 有一定的波幅但不是很高且呈孤岛状, 同时能够正确显示焊缝和支撑波型。
7.根据权利要求1所述的一种罐状容器缺陷导波检测方法，其特征在于：其步骤为：
1）将所有导波收发探头（1）按照要求全部贴好在罐状容器器壁上的正确位置上；
2）打开导波控制器（2），打开其中的一对收发探头，利用铁钴合金材料的强磁化特征和磁致伸缩原理，通过变频换能器（7）变频调整发射导波信号（4），通过观察回波信号质量（5）（9），直至出现干净的T(0,1)模态导波信号；
3）打开所有的收发探头，按照2）中测试好的频率，激发和接收T(0,1)模态导波信号，将数据传输到导波深度偏移成像系统（3）中；
4）打开PC电脑（9）中的导波深度偏移成像系统（3），根据回波信号质量情况调用去噪滤波模块（10），提高信号的信噪比；包括并不限于白噪滤波、带宽滤波、根据发射导波信号确定子波函数对回波进行反褶积处理；
5）调用深度偏移算法（11）对波场反射数据集进行成像处理；包括录入罐状容器的形状参数、收发探头位置数据、导波信号参数、导入回波数据集、调用深度偏移算法包、保存成像处理成果数据等；
6）调用可视化工具（13）显示成像数据结果；
7） 验证大量实际检测案例，建立罐状容器缺陷导波特征知识库（12），用于大数据机器智能判断，替代人工肉眼判断。
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