CN112305085A - 一种基于扭转导波的钢管周向损伤监测方法 - Google Patents

一种基于扭转导波的钢管周向损伤监测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112305085A
CN112305085A CN202011163103.1A CN202011163103A CN112305085A CN 112305085 A CN112305085 A CN 112305085A CN 202011163103 A CN202011163103 A CN 202011163103A CN 112305085 A CN112305085 A CN 112305085A
Authority
CN
China
Prior art keywords
steel pipe
defect
circumferential
wave
guided waves
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011163103.1A
Other languages
English (en)
Inventor
郑翥鹏
张子豪
雷鹰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiamen University
Shenzhen Research Institute of Xiamen University
Original Assignee
Xiamen University
Shenzhen Research Institute of Xiamen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiamen University, Shenzhen Research Institute of Xiamen University filed Critical Xiamen University
Priority to CN202011163103.1A priority Critical patent/CN112305085A/zh
Publication of CN112305085A publication Critical patent/CN112305085A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023—Solids
    • G01N2291/0234—Metals, e.g. steel
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/0289—Internal structure, e.g. defects, grain size, texture

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

一种基于扭转导波的钢管周向损伤监测方法，涉及钢管周向定位损伤监测。在管道中间部位的上部建立外表面凹槽缺陷，将钢管右侧设定为固定，左侧自由，选择在左侧端部加载瞬时周向位移用于模拟扭转导波的激励。将钢管截面以圆心为中心均分成n个扇形部分，在距钢管左侧四分之一处，沿钢管外表面一圈设置n个信号提取点；对n个信号提取点所提取到的信号进行希尔伯特变化，定义出任意时刻的瞬时包络，所得数据结果绘制三维曲面图，观测直达波的波峰以及缺陷回波的波峰；提取各缺陷回波位置处最大值，将数值绘制成雷达图的形式，以圆截面的形式表示。采用扭转导波T(0,1)的监测方法，能更好地对缺陷周向位置进行定位，在缺陷监测中具有优越性。

Description

一种基于扭转导波的钢管周向损伤监测方法
技术领域
本发明涉及钢管损伤监测，尤其是涉及一种基于扭转导波的钢管周向损伤监测方法。
背景技术
当前采用超声导波对柱状构件，像是钢筋的损伤监测，可通过导波的时间差对缺陷的轴向位置进行定位判断。由于钢管比钢筋的截面积大得多，故缺陷在钢管表面出现的位置情况也比钢筋来的复杂。在对钢管缺陷研究中，不仅需要知道缺陷在钢管的轴向位置，更需要定位出其在圆周上的位置，才能对缺陷进行精准定位。采用超声导波对钢管的周向损伤进行定位，一般选择在钢管圆周表面上设置多个信号接收点，通过圆周上反射回波系数的大小而对缺陷进行周向定位(毛亚东,严有琪.基于导波反射系数的管道缺陷周向定位研究[J].信息技术,2016(06):63-65.)。当前采用超声导波对钢管进行周向损伤监测，多是选择纵向导波L(0,2)模态，而该模态为频散模态，在监测中出现模态转换的现象，从而导致导波能量降低、信号复杂，不利于对缺陷进行判断。
目前对钢管进行周向损伤监测，多是选择纵向导波L(0,2)模态，而该模态为频散模态，在监测中出现模态转换的现象，存在导波能量降低、信号复杂的缺点。通过对导波结构频散曲线及波形结构图的研究发现，扭转导波T(0,1)模态为非频散模态，使得导波信号纯净，对微小缺陷更敏感，能很好地解决当前存在的不足，更好地对钢管进行周向损伤定位。
发明内容
本发明的目的是提供能更好地对钢管周向缺陷进行定位的一种基于扭转导波的钢管周向损伤监测方法。
本发明包括以下步骤：
1)在钢管中间部位的上部建立外表面凹槽缺陷，将钢管右侧设定为固定，左侧自由，选择在左侧端部加载瞬时周向位移用于模拟扭转导波的激励。
2)将钢管截面均分成n个扇形部分，在距钢管左侧四分之一处设置n个信号提取点；
3)对n个信号提取点所提取到的信号进行希尔伯特变化，定义出任意时刻的瞬时包络，并将所得到的数据结果绘制三维曲面图，观测直达波的波峰以及缺陷回波的波峰；
4)提取各缺陷回波位置处的最大值，将这些数值绘制成雷达图的形式，以圆截面的形式表示出来。
与现有技术相比，本发明的优点：
从缺陷周向定位雷达图可以看出，无论是周向定位雷达图所呈现出来的结果图形，还是缺陷的回波幅值，采用扭转导波T(0,1)的监测方法较纵波L(0,2)方法来说，都能更好地对缺陷的周向位置进行定位，表现出扭转导波T(0,1)模态在缺陷监测中的优越性。
附图说明
图1是钢管信号提取示意图。
图2是各采样点处提取信号三维图。
图3是圆周表面缺陷深度3mm周向位置信号雷达图。
图4是纵波L(0,2)对不同深度缺陷监测结果。
图5是扭转波T(0,1)对不同深度缺陷监测结果。
具体实施方式
以下实施例将给合附图对本发明作进一步的说明。
本发明实施例对钢管周向损伤定位的主要步骤如下：
(1)首先在钢管中间部位的上部建立外表面凹槽缺陷，本实施例以缺陷长度为2cm，缺陷宽度为30度所对应的圆弧长损伤工况为例，设置不同的缺陷深度值。将钢管右侧设定为固定，左侧自由，选择在左侧端部分别加载瞬时周向位移和轴向位移用于模拟扭转导波与纵向导波的激励。监测采用的频率为50kHz，再对激励信号加窗处理。
(2)将钢管截面划分成30个部分，在距钢管左侧四分之一处设置30个信号提取点，即每两个点之间的夹角为12°。信号提取示意图如图1所示。
(3)对30个位置所提取到的信号进行希尔伯特变化，定义出任意时刻的瞬时包络，并将所得到的数据结果绘制三维曲面图，结果如图2所示。再提取各缺陷回波位置处的最大值，将这些数值绘制成雷达图的形式，以圆截面的形式表示出来。从图2中可以清晰的观测到直达波的波峰以及缺陷回波的波峰。同时可以发现，缺陷回波的波包并不是简单的连在一起，而是围绕这30个采样位置，大致出现了三个波包。
(4)为了更直观地观察这些回波的关系，提取各缺陷回波位置处的最大值，将这些数值绘制成雷达图的形式，以圆截面的形式表示出来，结果如图3所示。
周向缺陷位置判定：
从图3中可以看出，所提取的信号峰值在圆截面上呈现一对称的“T”字型。图中扇形弧长部分表示缺陷在钢管外表面实际所在的位置，可以看出，其大致位于“T”字型的正上方，表明信号雷达图可以很好地表征缺陷在圆周上的位置。
算例结果：
图4和5分别为纵波L(0,2)与扭转波T(0,1)对不同缺陷深度监测的结果。从图中可以看出，采用纵波L(0,2)的方法，其最后的雷达图无法用一明确的图像表示出来，无法对缺陷的实际位置进行有效的定位；反之，随着缺陷深度分增加，采用扭转波的方法，其最后雷达图的“T”字图形越来越清晰明显，可以很好的对缺陷周向位置进行判断。同时从回波幅值对比可以看出，扭转波的最大反射率超过30％，而纵波则不超过20％，也表明扭转波能够更好的对缺陷周向位置进行定位。
因此，无论是从周向定位雷达图所呈现出来的结果图形，还是缺陷的回波幅值，采用扭转导波T(0,1)的监测方法较纵波L(0,2)方法来说，都能更好地对缺陷的周向位置进行定位，表现出扭转导波T(0,1)模态在缺陷监测中的优越性。

Claims (1)

1.一种基于扭转导波的钢管周向损伤监测方法，其特征在于包括以下步骤：
1)在钢管中间部位的上部建立外表面凹槽缺陷，将钢管右侧设定为固定，左侧自由，选择在左侧端部加载瞬时周向位移用于模拟扭转导波的激励；
2)将钢管截面均分成n个扇形部分，在距钢管左侧四分之一处，沿管道外表面一圈设置n个信号提取点；
3)对n个信号提取点所提取到的信号进行希尔伯特变化，定义出任意时刻的瞬时包络，并将所得到的数据结果绘制三维曲面图，观测直达波的波峰以及缺陷回波的波峰；
4)提取各缺陷回波位置处的最大值，将这些数值绘制成雷达图的形式，以圆截面的形式表示出来。
CN202011163103.1A 2020-10-27 2020-10-27 一种基于扭转导波的钢管周向损伤监测方法 Pending CN112305085A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011163103.1A CN112305085A (zh) 2020-10-27 2020-10-27 一种基于扭转导波的钢管周向损伤监测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011163103.1A CN112305085A (zh) 2020-10-27 2020-10-27 一种基于扭转导波的钢管周向损伤监测方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112305085A true CN112305085A (zh) 2021-02-02

Family

ID=74330321

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011163103.1A Pending CN112305085A (zh) 2020-10-27 2020-10-27 一种基于扭转导波的钢管周向损伤监测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112305085A (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103389339A (zh) * 2013-07-22 2013-11-13 北京工业大学 一种基于时间反转周向Lamb波的大口径厚壁管道缺陷定位方法
CN104749254A (zh) * 2015-02-27 2015-07-01 安阳工学院 基于断面射线网络图检测混凝土内部缺陷的方法
CN104833729A (zh) * 2015-05-05 2015-08-12 北京工业大学 基于超声导波的弯曲模态反射信号分离的计算方法
CN104880510A (zh) * 2015-04-22 2015-09-02 杭州浙达精益机电技术股份有限公司 采用螺旋换能器的螺旋焊管扭弯导波检测方法及装置
CN105698012A (zh) * 2016-01-15 2016-06-22 北京工业大学 基于横波直探头的管道缺陷周向导波无损检测方法
CN106950281A (zh) * 2017-03-29 2017-07-14 国网浙江省电力公司电力科学研究院 基于磁致式扭转波的高压电缆铝护套检测系统及检测方法
CN107782787A (zh) * 2017-10-20 2018-03-09 杭州电子科技大学 一种超声波缺陷检测方法
CN108776178A (zh) * 2018-05-14 2018-11-09 南京航空航天大学 一种用于激发管道扭转导波的电磁超声换能器及其工作方法
CN108872378A (zh) * 2018-05-09 2018-11-23 西安科技大学 一种用于金属圆管微损伤评价的非线性扭转模态超声导波方法
CN109085238A (zh) * 2018-07-13 2018-12-25 贵州绿源天鑫系统技术有限公司 扭转模态导波管道检测中焊缝与卡箍反射信号的识别方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103389339A (zh) * 2013-07-22 2013-11-13 北京工业大学 一种基于时间反转周向Lamb波的大口径厚壁管道缺陷定位方法
CN104749254A (zh) * 2015-02-27 2015-07-01 安阳工学院 基于断面射线网络图检测混凝土内部缺陷的方法
CN104880510A (zh) * 2015-04-22 2015-09-02 杭州浙达精益机电技术股份有限公司 采用螺旋换能器的螺旋焊管扭弯导波检测方法及装置
CN104833729A (zh) * 2015-05-05 2015-08-12 北京工业大学 基于超声导波的弯曲模态反射信号分离的计算方法
CN105698012A (zh) * 2016-01-15 2016-06-22 北京工业大学 基于横波直探头的管道缺陷周向导波无损检测方法
CN106950281A (zh) * 2017-03-29 2017-07-14 国网浙江省电力公司电力科学研究院 基于磁致式扭转波的高压电缆铝护套检测系统及检测方法
CN107782787A (zh) * 2017-10-20 2018-03-09 杭州电子科技大学 一种超声波缺陷检测方法
CN108872378A (zh) * 2018-05-09 2018-11-23 西安科技大学 一种用于金属圆管微损伤评价的非线性扭转模态超声导波方法
CN108776178A (zh) * 2018-05-14 2018-11-09 南京航空航天大学 一种用于激发管道扭转导波的电磁超声换能器及其工作方法
CN109085238A (zh) * 2018-07-13 2018-12-25 贵州绿源天鑫系统技术有限公司 扭转模态导波管道检测中焊缝与卡箍反射信号的识别方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
从明 等: ""换热管缺陷扭转模态导波检测的仿真研究"", 《检验与修复》 *
汪玉刚 等: ""电磁超声扭转波检测钢管缺陷的实验研究"", 《传感器与微系统》 *
王伟 等: ""基于T(0,1)扭转波的管道纵向裂纹定位方法"", 《中国测试》 *
董永 等: ""磁致伸缩扭转导波在纤维增强塑料锚杆中的应用"", 《中国矿业》 *
黄松岭 等: ""管道电磁超声导波技术及其应用研究进展"", 《仪器仪表学报》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5216598B2 (ja) パルス渦電流パイプライン検査システムおよび方法
CN102866202A (zh) 非线性超声导波时间反转检测管道微裂纹聚集区域的方法
US20210208104A1 (en) A flexible sensor with piezoelectric array applied for weld defect detection based on feature guided waves and its testing method
CN102537669B (zh) 一种基于超声导波聚焦的管道缺陷检测方法和系统
CN105301117B (zh) 一种用超声频散补偿原理检测空心圆柱体周向缺陷的方法
Ma et al. The reflection of guided waves from simple dents in pipes
CN101694484A (zh) 一种奥氏体不锈钢焊缝中缺陷的超声波定位方法
CN103901102A (zh) 一种基于超声相控阵技术的锻件典型缺陷识别方法
CN104914164A (zh) 一种基于dac曲线的超声波c扫描成像方法
CN106093204A (zh) 一种用于锻件裂纹定量识别的相位加权矢量全聚焦成像装置及方法
CN103149274B (zh) 一种混凝土缺陷检测方法
JP7309236B2 (ja) 弱い超音波ガイド波信号のデュアルカオス解析システム検出方法
CN103792287A (zh) 一种基于Lamb波的大面积结构损伤检测方法
CN114813949A (zh) 一种基于有限传感器组的超声导波管道损伤扫描装置及检测方法
CN108226294A (zh) 一种未焊透焊缝的超声波检测方法
EP3516329B1 (en) Determining a wall thickness of an object
CN104995530A (zh) 被检体信息获取装置、被检体信息获取方法和程序
CN203606326U (zh) 超声波探头
CN104374830A (zh) 一种基于压电阵列的近场相控阵结构健康监测方法
CN106770668B (zh) 一种用于单孔的基桩质量声波透射法检测方法
Cheng et al. Ultrasonic inspection of the surface crack for the main shaft of a wind turbine from the end face
CN105547991A (zh) 一种钢管内壁腐蚀检测探头及钢管内壁腐蚀检测方法
CN112305085A (zh) 一种基于扭转导波的钢管周向损伤监测方法
CN202152923U (zh) 一种基于超声导波聚焦的管道缺陷检测系统
CN111678465B (zh) 一种基于超声导波的管道弯曲检测方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210202

RJ01 Rejection of invention patent application after publication