CN114397366A - 一种基于周向导波的缺陷深度检测系统及方法 - Google Patents

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李健
刘屹然
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陈波
王志刚
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赵佳丽
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Abstract

一种基于周向导波技术的管道缺陷深度判定方法属于无损检测信号分析领域。本发明通过超声导波无损检测系统，对健康管道进行检测，并将其检测信号作为基准信号；再次利用该系统，对一系列具有不同缺陷深度的管道进行检测，分别获取不同缺陷深度下的检测信号；提取基准信号的幅值A1，以及不同缺陷深度下检测信号的幅值A2，并计算差值A0=A2‑A1；经过计算获得不同缺陷深度下检测信号幅值的变化值，并绘制信号幅值差值随缺陷深度的变化曲线；在曲线图中找到检测信号幅值差值所对应的点，便可查到对应的缺陷深度值。本发明实现了管道缺陷深度的判定，可根据此数值推断管道的使用寿命。

Description

一种基于周向导波的缺陷深度检测系统及方法
技术领域
本发明涉及无损检测技术与管道结构健康检测领域，具体是一种基于周向导波的缺陷深度检测系统及方法。
背景技术
随着社会发展，我国管道总里程数日益庞大，对管道腐蚀无损检测的需求也日益增多。目前在我国服役的管道主要有无缝管、直缝管以及螺旋焊管，管道在使用过程中，会受到腐蚀、外力破坏等因素影响，从而产生缺陷。
目前，对于管道的无损检测方法主要有射线检测、超声检测、涡流检测、磁粉检测和渗透检测。射线检测根据透过被检工件的射线强度来判定缺陷，具有检测结果显示直观、检测结果可长期保存等优点，但对人体有害。超声检测利用声波能量进行检测和测量，缺陷定位精准、灵敏度高，但由于逐点检测而使检测效率较低。涡流检测通过线圈电感的变化程度判断工件的缺陷，并且易于实现高速、高效率的自动化检测，但仅限于对导电材料的表面和近表面缺陷的检测。磁粉检测能够直观地显示缺陷形状、位置、大小，并可大致确定其性质，但只能检测部分铁磁性材料表面和近表面的缺陷，对于埋藏较深的缺陷无能为力。渗透检测具有较高的灵敏度，且显示直观、操作方便、检测费用低，但只能检出表面开口的缺陷及其表面分布，难以对缺陷做出定量评价。
超声导波无损检测技术是一种新型的无损检测和结构健康监测方法，由超声波在介质界面间不断进行反射、折射和干涉产生，并通过声波的透射或反射进行缺陷的检测，由于单点激励、长距离检测、100%截面全覆盖等特点，得到了广泛应用。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种基于周向导波的缺陷深度检测系统及方法，，能够检测出管道缺陷的深度，进而推断出管道的使用寿命。
本发明采用的技术方案：一种基于周向导波的缺陷深度检测系统，用于管道检测，包括上位机、信号处理与控制模块，所述的信号处理与控制模块连接有用于产生和接收周向导波的换能器；所述的信号处理与控制模块包括控制单元，所述的控制单元连接信号发生单元和信号处理单元，所述的信号发生单元连接换能器的输入端，信号处理单元连接换能器的输出端。
优选的，所述的控制单元采用DSP控制单元。
优选的，所述的信号发生单元通过功率放大模块连接换能器的输入端。
优选的，所述的信号处理单元通过前置放大模块连接换能器的输出端。
优选的，所述的换能器采用电磁超声换能器，所述的电磁超声换能器包括换能线圈和磁铁，所述的磁铁产生的磁场方向垂直于被检管道的轴向，并沿着管道周向的切线或法向方向。
优选的，所述的换能线圈采用回折型线圈或跑道型线圈。
一种基于周向导波的缺陷深度检测方法，包括以下步骤：
S1：通过上位机向信号处理与控制模块发送工作参数，控制单元使信号发生单元产生相应频率的激励信号，驱动换能器产生导波，对健康的管道进行检测，同时换能器接收导波，通过信号处理单元发送给控制器；
S2：对一系列已知的材料、形状、工艺相同，但具有不同深度缺陷的管道进行检测，分别获取不同缺陷深度下的检测信号；
S3：提取步骤S1中健康管道的检测信号幅值A1，以及步骤S2中具有不同深度缺陷的管道的检测信号幅值A2，并计算其差值A0=A2-A1；
S4：经过计算获得一系列不同深度缺陷下检测信号幅值的变化值，并绘制幅值差值随缺陷深度的变化曲线；
S5：在步骤S4中获得的信号幅值差值随缺陷深度变化曲线图中，找出步骤S5中所述幅值差值所对应的点，该点在曲线图中所对应的缺陷深度值，就是待测缺陷的深度。
本发明的有益效果：通过周向导波技术，可以在检测出管道是否具有缺陷的同时，判断缺陷的深度，进而推断管道的使用寿命。
附图说明
图1是本发明超声导波无损检测系统的原理图；
图2是本发明检测信号幅值差值随缺陷深度的变化曲线；
图3是本发明管道无缺陷时周向导波检测信号图谱；
图4是本发明管道有缺陷时周向导波检测信号图谱。
具体实施方式
为了进一步说明本发明的技术细节及其优点，现结合附图和实施例进行说明。
如图1所示，一种基于周向导波的缺陷深度检测系统，用于管道检测，包括上位机、信号处理与控制模块，信号处理与控制模块连接有用于产生和接收周向导波的换能器；信号处理与控制模块包括控制单元，控制单元连接信号发生单元和信号处理单元，信号发生单元连接换能器的输入端，信号处理单元连接换能器的输出端。
本实施例中，所述的控制单元采用DSP控制单元，信号发生单元通过功率放大模块连接换能器的输入端，信号处理单元通过前置放大模块连接换能器的输出端，换能器采用电磁超声换能器，所述的电磁超声换能器包括换能线圈和磁铁，所述的磁铁产生的磁场方向垂直于被检管道的轴向，并沿着管道周向的切线或法向方向，换能线圈采用回折型线圈或跑道型线圈。
一种基于周向导波的缺陷深度检测方法，包括以下步骤：
S1：通过上位机向信号处理与控制模块发送工作参数，控制单元使信号发生单元产生相应频率的激励信号，驱动换能器产生导波，对健康的管道进行检测，同时换能器接收导波，通过信号处理单元发送给控制器，获得基准信号，如图3所示；
S2：对一系列已知的材料、形状、工艺相同，但具有不同深度缺陷的管道进行检测，分别获取不同缺陷深度下的检测信号，如图4所示；
S3：提取步骤S1中健康管道的检测信号幅值A1，以及步骤S2中具有不同深度缺陷的管道的检测信号幅值A2，并计算其差值A0=A2-A1；
S4：经过计算获得一系列不同深度缺陷下检测信号幅值的变化值，并绘制幅值差值随缺陷深度的变化曲线，如图2所示；
S5：利用超声导波无损检测系统，对任意管道进行检测，若检测信号如图3所示，则判断管道无缺陷；若检测信号如图4所示，则判断管道存在缺陷，在步骤S4中获得的信号幅值差值随缺陷深度变化曲线图中，找出步骤S5中所述幅值差值所对应的点，该点在曲线图中所对应的缺陷深度值，就是待测缺陷的深度；
S6：通过步骤S5中查到的缺陷深度，可进一步判断管道的剩余使用寿命，并对寿命不足的管道进行及时修复。

Claims (7)

1.一种基于周向导波的缺陷深度检测系统，用于管道检测，包括上位机，其特征在于：包括信号处理与控制模块，所述的信号处理与控制模块连接有用于产生和接收周向导波的换能器；所述的信号处理与控制模块包括控制单元，所述的控制单元连接信号发生单元和信号处理单元，所述的信号发生单元连接换能器的输入端，信号处理单元连接换能器的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种基于周向导波的缺陷深度检测系统，其特征在于：所述的控制单元采用DSP控制单元。
3.根据权利要求1所述的一种基于周向导波的缺陷深度检测系统，其特征在于：所述的信号发生单元通过功率放大模块连接换能器的输入端。
4.根据权利要求1所述的一种基于周向导波的缺陷深度检测系统，其特征在于：所述的信号处理单元通过前置放大模块连接换能器的输出端。
5.根据权利要求1所述的一种基于周向导波的缺陷深度检测系统，其特征在于：所述的换能器采用电磁超声换能器，所述的电磁超声换能器包括换能线圈和磁铁。
6.根据权利要求1所述的一种基于周向导波的缺陷深度检测系统，其特征在于：所述的换能线圈采用回折型线圈或跑道型线圈。
7.一种利用权利要求1中基于周向导波的缺陷深度检测系统进行缺陷深度检测的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：通过上位机向信号处理与控制模块发送工作参数，控制单元使信号发生单元产生相应频率的激励信号，驱动换能器产生导波，对健康的管道进行检测，同时换能器接收导波，通过信号处理单元发送给控制器；
S2：对一系列已知的材料、形状、工艺相同，但具有不同深度缺陷的管道进行检测，分别获取不同缺陷深度下的检测信号；
S3：提取步骤S1中健康管道的检测信号幅值A1，以及步骤S2中具有不同深度缺陷的管道的检测信号幅值A2，并计算其差值A0=A2-A1；
S4：经过计算获得一系列不同深度缺陷下检测信号幅值的变化值，并绘制幅值差值随缺陷深度的变化曲线；
S5：在步骤S4中获得的信号幅值差值随缺陷深度变化曲线图中，找出步骤S5中所述幅值差值所对应的点，该点在曲线图中所对应的缺陷深度值，就是待测缺陷的深度。
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