CN113701682A - 一种管道厚度实时监测装置和管道厚度计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管道厚度实时监测装置和管道厚度计算方法，属于监测管道厚度领域。一种基于超声尾波的管道厚度实时评价的方法，包括以下操作：对采集到的数据进行希尔伯特变换，得到希尔伯特变换后的信号的实部u(t)和虚部v(t)，利用式(1)计算出信号的相位‑时间的变化规律；基于相位‑时间变化规律，获取相位突变点所对应的时间t1；根据双程旅行时间计算得到管道厚度L。本发明的计算方法，计算结果更加精确。本发明的管道厚度实时监测装置，通过数据实时传输实现了管道厚度的实时监测，为管道厚度的状态实时评价提供了基础。
Description
技术领域
本发明属于监测管道厚度领域，尤其是一种管道厚度实时监测装置和管道厚度计算方法。
背景技术
长输管道被广泛应用于石油、天然气、煤气、水等运输的各个方面。然而，长输管道大多处于复杂的环境之中，锈蚀、腐蚀等因素使管道的壁厚指标无法再满足安全要求，导致油气管道事故发生，甚至会造成巨大的经济损失。因此，对管道壁厚进行监测以及时发现并维修不合格管段，对保证油气管道输送安全具有重要意义。
目前，常用的管道壁厚测量方法是超声波法(方伟,罗华权,何跃.管道钢管壁厚超声波检测技术[J].焊管,2015,38(2):56-59.[doi:1001-3938(2015)02-0056-04])，它的测量原理是根据脉冲超声波反射原理，探头发射的脉冲超声波通过被测钢管到达钢管内表面时，之后反射回探头，通过测量超声波在钢管中传播的时间来确定被测钢管的厚度。
现有的超声回波走时主要利用相关算法进行计算，该方法依赖窗长的选取且受噪声干扰较大，难于准确计算超声波在管道中的传播时间。除此之外，现有的测量手段主要是定期检测，无法实时监测管道厚度变化。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中超声回波走时利用相关算法进行计算时受噪声干扰大难于准确计算传播时间的缺点，提供一种管道厚度实时监测装置和管道厚度计算方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种基于超声尾波的管道厚度实时评价的装置，包括电源模块、采集模块、PZT传感器、数据传输模块、数据分析模块和云架构软件；
所述采集模块用于超声信号的采集；
所述PZT传感器装在待监测的管道外壁，用于超声信号的发射和接收；
所述数据传输模块用于将超声信号在硬件设备和云架构软件之间进行交换；
所述数据分析模块用于对超声信号进行分析，通过对原始数据滤波、进行希尔伯特变换的方法实现对数据的分析；
所述云架构软件用于超声信号的存储和数据处理；
所述电源模块用于给以上部件进行供电。
一种基于超声尾波的管道厚度实时评价的方法：
对采集到的数据进行希尔伯特变换，得到希尔伯特变换后的信号的实部u(t)和虚部v(t)，利用式(1)计算出信号的相位-时间的变化规律；
基于相位-时间变化规律，获取相位突变点所对应的时间t1，根据双程旅行时间计算得到管道厚度L：
θ＝arctan(v(t)/u(t)) (1)
L＝s×t1/2 (2)
其中，s为波在管道中的传播速度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的管道厚度实时监测装置，通过数据实时传输实现了管道厚度的实时监测，为管道厚度的状态实时评价提供了基础。
本发明的管道厚度计算方法，采用超声尾波相位突变进行厚度计算，与常规厚度计算方法相比，避免了人为参数的选取对厚度计算的影响，计算结果更加精确。
附图说明
图1为实验测量得到的信号波形；
图2为超声信号希尔伯特变换后的得到的实部、虚部的变化图。
图3为利用希尔伯特变换得到的信号相位变化图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
针对现有技术的不足，本发明提出一种基于PZT和云架构的管道厚度实时监测装置和基于超声尾波相位突变的管道厚度计算方法。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，图1为实验测量得到的信号波形图，从图中可以看出超声直达波后的尾波比较杂乱，利用常用的相关法提取回波到时比较困难，难于实现管道厚度的准确计算。
利用本发明中的方法对超声信号进行希尔伯特变换，得到信号的实部与虚部，参见图2；利用本发明中的式(1)计算得到信号的相位变化图。参见图3，图3为利用希尔伯特变换得到的信号相位变化图，从图中可以看出，在箭头所指位置相位产生了突变，这是由于超声波信号传播过程中遇到了管道内壁引起的，利用双程旅行时间式(2)计算得到管道的厚度为5mm，这与实验中的管道厚度一致。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于超声尾波的管道厚度实时评价的装置，其特征在于，包括电源模块、采集模块、PZT传感器、数据传输模块、数据分析模块和云架构软件；
所述采集模块用于采集超声信号；
所述PZT传感器装在待监测的管道外壁，用于超声信号的发射和接收；
所述数据传输模块用于将超声信号在硬件设备和云架构软件之间进行交换；
所述数据分析模块用于对超声信号进行以下分析得到管道厚度，对原始数据滤波后进行希尔伯特变换从而获取相位突变点，计算得到管道厚度；
所述云架构软件用于超声信号的存储和数据处理；
所述电源模块用于给以上部件进行供电。
2.一种基于超声尾波的管道厚度实时评价的方法，其特征在于，包括以下操作：
对采集到的数据进行希尔伯特变换，得到希尔伯特变换后的信号的实部u(t)和虚部v(t)，利用式(1)计算出信号的相位-时间的变化规律；
基于相位-时间变化规律，获取相位突变点所对应的时间t1：
θ＝arctan(v(t)/u(t)) (1)
根据双程旅行时间计算得到管道厚度L：
L＝s×t1/2 (2)
其中，s为波在管道中的传播速度。
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