CN117990790A - 管道缺陷检测方法及管道缺陷检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及管道缺陷检测方法及管道缺陷检测装置，其中检测方法包括根据尺寸参数，得到被测管道检测用的激励频率；以激励频率对被测管道进行激励，激励出多组第一回波响应信号；在各个第一回波响应信号中截取激励波包与端口波包之间的信号部分，并对其进行时间反转处理，得到多个时间反转激励信号；进行反向激励，得到多组第二回波信号；对多组第二回波信号进行叠加，并基于叠加后的信号判断是否存在缺陷波包，在确定存在缺陷波包后计算得到管道缺陷与传感器阵列之间的轴向距离。本发明可以及时发现管道早期缺陷，及对管道早期缺陷进行轴向定位。
Description
技术领域
本发明涉及管道缺陷检测领域，尤其涉及一种管道缺陷检测方法及管道缺陷检测装置。
背景技术
管道结构广泛应用于石油化工、核电、市政等领域。长期服役条件下，受腐蚀、疲劳、外力作用等，易发生缺陷引发重大安全事故，因此面向管道的缺陷检测和监测意义重大。尤其是在管道服役过程中，管体缺陷随时间推移逐步形成的，为防止缺陷的扩展，提高缺陷检出能力，对于缺陷发生早期的诊断是十分有意义的。
相关技术中，采用超声导波检测作为长管道缺陷的检测手段。然而，对于早期缺陷而言，其损伤尺寸较小，回波能量较低，在外界环境的影响下缺陷波包易被其他干扰所淹没，因此较难在早期发现出缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种管道缺陷检测方法及管道缺陷检测装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种管道缺陷检测方法，包括以下步骤：
S1：根据被测管道的尺寸参数，得到用于对所述被测管道检测的激励频率；
S2：以所述激励频率对所述被测管道进行激励，得到多组第一回波响应信号；其中，所述被测管道内预设有轴向间隔布置的至少两组传感器阵列，以至少两组所述传感器阵列两两组合配对成为激励组和观测组，按照配对关系，分别向所述激励组各个节点施加根据所述激励频率形成的激励信号，以获得多组所述第一回波响应信号，其中一组所述第一回波响应信号对应于所述激励组的单个节点；
S3：在各个所述第一回波响应信号中截取出激励波包与端口波包之间的信号部分，并对截取出来的信号进行时间反演信号处理，得到多个时间反转激励信号；
S4：根据所述配对关系，分别向所述观测组各个节点对应施加所述时间反转激励信号，并通过所述激励组获得多组第二回波信号；
S5：对多组所述第二回波信号进行叠加，并根据叠加后所形成的信号，判断是否存在缺陷波包；并在确定存在所述缺陷波包时，获取其中激励波包和所述缺陷波包之间的时间间隔；
S6：根据所述时间间隔和所述激励频率，得到并输出含有管道缺陷与所述传感器阵列之间轴向距离的结果。
在一些实施例中，所述步骤S6中，通过公式1计算得到所述轴向距离；所述公式1为：
其中，l为缺陷距离传感器阵列的轴向距离，v为激励频率下模态波速，t为缺陷回波与激励波包之间的时间间隔。
在一些实施例中，所述步骤S1包括以下子步骤：
S11：根据尺寸参数，得到与所述被测管道对应的自由空心柱状结构的群速度频散曲线；
S12：根据所述群速度频散曲线，得到符合预设要求的激励频率。
在一些实施例中，在所述步骤S2中，所述激励频率对所述被测管道激励出纵波模态L(0，2)。
在一些实施例中，所述步骤S5包括以下子步骤：
S51：对多组所述第二回波信号进行叠加；
S52：根据叠加后所形成的信号，判断是否存在缺陷波包；若判断为存在缺陷波包，则执行步骤S53；若判断为不存在缺陷波包，则执行步骤S54；
S53：获取其中激励波包和所述缺陷波包之间的时间间隔，并执行步骤S6；
S54：输出管道未发现的结果。
本发明还构造一种管道缺陷检测装置，包括至少两组传感器阵列，以及与所述传感器阵列电连接的管道缺陷检测系统；
所述管道缺陷检测系统包括：
获取模块，其用于根据尺寸参数，得到被测管道检测用的激励频率；
第一采集模块，其用于以所述激励频率对所述被测管道进行激励，得到多组第一回波响应信号；其中，所述第一采集模块包括轴向间隔布置于所述被测管道内的至少两组传感器阵列，以至少两组所述传感器阵列两两组合配对成为激励组和观测组，按照配对关系，分别向所述激励组各个节点施加根据所述激励频率形成的激励信号，以获得多组所述第一回波响应信号，其中一组所述第一回波响应信号对应于所述激励组的单个节点；
截取及处理模块，其用于在各个所述第一回波响应信号中截取出激励波包与端口波包之间的信号部分，并对截取出来的信号进行时间反演信号处理，得到多个时间反转激励信号；
第二采集模块，其用于根据所述配对关系，分别向所述观测组各个节点对应施加所述时间反转激励信号，并通过所述激励组获得多组第二回波信号；
叠加及获取模块，其用于对多组所述第二回波信号进行叠加，并根据叠加后所形成的信号，判断是否存在缺陷波包；并在确定存在所述缺陷波包时，获取其中激励波包和缺陷波包之间的时间间隔；
输出模块，其用于根据所述时间间隔和所述激励频率，得到并输出含有管道缺陷与所述传感器阵列之间轴向距离的结果。
在一些实施例中，所述输出模块包括计算单元，所述计算单元用于通过公式1计算得到所述轴向距离；所述公式1为：
其中，l为缺陷距离传感器阵列的轴向距离，v为激励频率下模态波速，t为缺陷回波与激励波包之间的时间间隔。
在一些实施例中，所述获取模块包括：
第一获取单元，其用于根据尺寸参数，得到与所述被测管道对应的自由空心柱状结构的群速度频散曲线；
第二获取单元，其用于根据所述群速度频散曲线，得到符合预设要求的激励频率。
在一些实施例中，所述叠加及获取模块包括：
叠加单元，其用于对多组所述第二回波信号进行叠加；
第一判断单元，根据叠加后所形成的信号，判断是否存在缺陷波包；若判断为存在缺陷波包，则输出信号至第一执行单元；若判断为不存在缺陷波包，则输出信号至第二执行单元；
第一执行单元，其用于获取其中激励波包和所述缺陷波包之间的时间间隔，并输出信号至输出模块；
第二执行单元，其用于输出管道未发现的结果。
在一些实施例中，所述传感器阵列包括多个传感器，多个所述传感器被配置为沿所述被测管道的周向，间隔且均匀地布置在所述被测管道的内壁上。
实施本发明具有以下有益效果：本发明利用时间反转法在时间、空间上的聚焦效应，将检测能量聚焦于缺陷的位置，提高了小缺陷的检出能力，可以将损伤再次散射的导波呈几何级放大，响应显著增强，可以在管道早期缺陷时期就能及时发现损伤，克服了相关检测技术中存在的不足，从而提高缺陷检测的灵敏度与准确度，更易于在管道缺陷产生的初期及时地发现缺陷，防范事故发生。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明管道缺陷检测方法一些实施例中的程序流程图；
图2是本发明一些实施例中传感器阵列的布局及方法实现过程简易示意图；
图3是本发明一些实施例中窄带激励信号的波形时域图；
图4是本发明一些实施例中经时反前后处理获取得到的两组结构响应信号时域波形；
图5是本发明一些实施例中截取的经时反前后处理获取得到的两组结构响应信号的缺陷波包时域波形；
图6是本发明中一些实施例中不同缺陷尺寸的缺陷反射系数与缺陷周向长度百分比关系图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
需要说明的是，附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
请参阅图1，本发明构造了一种管道缺陷检测方法，该检测方法利用设计的环形传感器阵列产生的波场进行相互抵消，产生沿管道轴向方向传输的纵波后提取出缺陷波包，并利用时间反转法对缺陷波包放大，从而实现对管道缺陷的轴向定位。
该检测方法利用时间反转法在时间、空间上的聚焦效应，将检测能量聚焦于缺陷的位置，提高了小缺陷的检出能力，也可理解为，基于阵列时反增强的导波检测，可以将损伤再次散射的导波呈几何级放大，响应显著增强，可以在管道早期缺陷时期就能及时发现损伤，克服了相关检测技术中存在的不足，从而提高缺陷检测的灵敏度与准确度，更易于在管道缺陷产生的初期及时地发现缺陷，防范事故发生。另外，该检测方法减小了导波在管道结构中传播存在多模、频散效应，以及多径传播特性带来的干扰问题，并且检测过程简单，具有一定的实用意义。
如图1所示，在一些实施例中，该检测方法可包括以下步骤：
S1：根据尺寸参数，得到被测管道检测用的激励频率；
可选地，尺寸参数可包括被测管道的外径、壁厚、密度。获得该些尺寸参数的方式可通过量尺、密度计等工具测量获得。
在步骤S1中，可包括以下子步骤：
S11：根据尺寸参数，得到与被测管道对应的自由空心柱状结构群速度频散曲线；
S12：根据群速度频散曲线，确定符合预设要求的激励频率。
可以理解地，在步骤S12中，根据超声导波在被测管道中传播的群速度频散曲线图，选择能够在一定程度上抑制导波频散、减少导波能量损耗，并确保导波可以传播较远的距离的激励频率。比如，可参考图3所示，在确保导波传播速度最快的前提下，选取群速度频散曲线中导波模态频散程度较小的。
S2：以激励频率对被测管道进行激励，得到多组第一回波响应信号；
其中，被测管道内预设有轴向间隔布置的至少两组传感器阵列，以至少两组传感器阵列两两组合配对成为激励组和观测组，按照配对关系，分别向激励组各个节点施加根据激励频率形成的激励信号Ui(t)，以获得多组第一回波响应信号，任意一组第一回波响应信号包括观测组中所有节点接收到的多个第一回波响应信号Wi1(t)～WiM(t)；i为正整数，其范围是[1，M]；M为任一组传感器阵列的节点数量；可选地，M大于或等于8。
可以理解地，可参考图2，在执行检测方法之前，会先在距离被测管道端口预设长度的位置布设至少两组传感器阵列。
以下先以两组传感器阵列为例说明，第一组传感器阵列设置在距离被测管道端口L1处的位置，第二组传感器阵列设置在距离被测管道端口L2处的位置，L1小于L2。第一组传感器阵列包括M个第一传感器，且M个第一传感器沿着管道的周向均匀地分布在管道的内壁上；同样地，第二组传感器阵列亦包括M个第二传感器，且M个第二传感器沿着管道的周向均匀地分布在管道的内壁上；需要补充说明的是，该M个第一传感器与M个第二传感器之间无需一一对应地排布在同一直线上。
然后，将第一组传感器阵列作为激励组，其各个节点(即第一传感器)则作为激励点，并将第二组传感器阵列作为观测组，其各个节点(即第二传感器)作为观测点。当然，根据声学互易原理，即便是由第二组传感器阵列先作为激励组，而第一组传感器阵列作为观测组，得到的第一回波响应信号依然是相同的。
根据激励频率，同步向第一组传感器阵列的各个节点施加对应的激励信号Ui(t)，该Ui(t)包括U1(t)～UM(t)；可以理解地，同步可以是同时激励，亦可以是分时复用激励。在该其中，在向第一组传感器阵列的单个节点施加激励信号后，在被测管道中可以激励出单相导波模态，第二组传感器阵列的各个节点均会接收到一个第一回波响应信号，也就是说，单个激励信号Ui(t)对应多个第一回波响应信号Wii(t)，该Wii(t)可包括Wi1(t)～WiM(t)。举例说明，比如W12(t)，其则代表第二组传感器阵列的顺数第二个节点在第一组传感器阵列的首个节点被激励后所接收到的第一回波响应信号。
优选地，可选择在被测管道中可以激励出纵波模态L(0，2)，因为L(0，2)导波模态在一定的频率范围内几乎没有频散现象，即该模态的相速度是不随频率变化而变化的，这样导波信号波包在传播过程中就不会发生明显的变形而导致无法识别；而且，该模态传播的速度最快，可以使信号识别变得非常容易，最先到达的就是目标信号。
然后，若是传感器阵列超过两组，以下以三组传感器阵列为例说明，第三组传感器阵列设置在距离被测管道端口L3处的位置，L3大于L2；第三组传感器阵列包括M个第三传感器，且M个第三传感器沿着管道的周向均匀地分布在管道的内壁上。
在选择作为激励组和观测组时，三组传感器阵列需要不重复性地两两配对组合，组合里可包括有第一组传感器阵列和第二组传感器阵列，第一组传感器阵列和第三组传感器阵列，以及第二组传感器阵列和第三组传感器阵列。然后，在每个组合中，以其中一个传感器阵列为激励组，另一传感器阵列则为观测组。
随后，同样根据激励频率，依次向每个组合的激励组施加激励信号，其中分别向单个激励组中的各个节点施加激励信号，对应的组合里的观测组则会产生有多个第一回波响应信号。
S3：在各个所述第一回波响应信号中截取出激励波包与端口波包之间的信号部分，并对截取出来的信号进行时间反演信号处理，得到多个时间反转激励信号Ui1tr(t)～UiMtr(t)；
可以理解地，每一组第一回波响应信号包括多个第一回波响应信号，每个第一回波响应信号相互独立，均可反映出一个波形，而每个波形必然会存在激励波包和端口波包(可参考图4)，该两种类型的波包因为较为明显，无需经历后续的叠加步骤亦可以较为明显地判断出。而缺陷波包介于激励波包和端口波包之间，由于早期缺陷较小，导致该缺陷波包容易被淹没，所以需要截取激励波包和端口波包之间的信号部分，进一步确认是否存在缺陷波包。
截取的方式可以是选用预设窗宽的矩形窗口，对观测组获得的第一回波响应信号Wi1(t)～WiM(t)进行信号提取，其中需要保证每组第一回波响应信号的截取时间的起始点相同。比如，将采集到的信号导入matlab软件，用编程语言模拟设置出矩形窗，对信号进行一定时间长度的截取。
同时，为了保证截取的波包包含缺陷波包的所有信息，优选根据L(0,2)缺陷回波与其他模态缺陷回波之间的时间间隔，确定截取窗宽的时间长度。
其次，时间反演信号处理是一项使波聚焦的技术，指接收到的目标反射回波时域信号在时序上进行反转，得到后向传输信号，再发射到目标所在的计算区域中。反演波在虚拟重发后，由于反演波回传的杂波环境与实际的接收回波经历的杂波环境是一致的，因而信号将在目标位置上实现能量聚焦，具有抗多路径的特点。
在一些实施例中，在对截取出来的信号进行时间反演信号处理之前，先进行归一化处理。
S4：根据所述配对关系，分别向所述观测组各个节点对应施加所述时间反转激励信号，并通过所述激励组获得多组第二回波信号；任意一组第二回波响应信号包括激励组中所有节点接收到的多个第二回波响应信号Wi1tr(t)～WiMtr(t)；
可以理解地，将激励组和观测组的身份互换，也就是说，将步骤S2中作为观测组的传感器阵列，重新作为激励组，而步骤S2中作为激励组的传感器阵列，重新作为观测组。
以下继续以上述的第一组传感器阵列和第二组传感器阵列为例说明，在步骤S4中，分别选择第二组传感器阵列的各个节点作为激励节点，并施加时间反转激励信号Uitr(t)，该Uitr(t)包括U1tr(t)～UMtr(t)。第一组传感器阵列的各个节点则作为观测节点，以接收与第二组传感器阵列各个节点对应的多个第二回波响应信号Wiitr(t)，该Wiitr(t)可包括Wi1tr(t)～WiMtr(t)，也就是说，单个时间反转激励信号Uitr(t)对应多个第二回波响应信号Wi1tr(t)～WiMtr(t)。
可理解地，传感器阵列超过两组的情况亦是同理，在这不做赘述。
S5：对多组第二回波信号进行叠加，并根据叠加后所形成的信号，判断是否存在缺陷波包，在确定存在缺陷波包时，获取其中激励波包和缺陷波包之间的时间间隔；
可以理解地，多组第二回波信号进行叠加，可以理解为将全部的第二回波响应信号进行叠加，叠加可以理解为进行直接相加，从而得到时反导波检测信号。
由于存在多组第二回波信号，叠加后的导波信号呈几何级放大。如果是存在两组传感器阵列，每组传感器阵列存在M个节点，信号则是呈M2增大；如果是存在三组传感器阵列，每组传感器阵列存在M个节点，信号则是呈3M2增大。
然后，在叠加后形成的信号波形因为导波呈几何级放大，可以更好地从波形中找到缺陷波包。如果存在缺陷波包，则可确定管道存在缺陷，此时则通过获取激励波包和缺陷波包之间的时间间隔，以对缺陷进行轴向定位；而如果没有出现缺陷波包，则代表管道未有缺陷，在确定是否存在缺陷回波的步骤后，可直接输出管道未有缺陷的结果。
S6：根据时间间隔和激励频率，输出含有缺陷距离传感器阵列的轴向距离的结果。
可以理解地，在步骤S6中，通过公式1计算得到缺陷距离传感器阵列的轴向距离；公式1可为：
其中，l为缺陷距离传感器阵列的轴向距离，v为激励频率下模态波速，t为缺陷回波与激励波包之间的时间间隔。
可理解地，由于管道缺陷一般距离管道端口较远，远远大于传感器阵列之间的距离，所以，传感器阵列之间的距离可忽略不计，换言之，上述的缺陷距离传感器阵列的轴向距离可以理解为缺陷到任一传感器阵列的距离均可。
为了更进一步说明本发明，以下列举具体实施例进行详细说明：
实施例1，采用内径16cm，外径16.5cm，长度为2m的钢质管道结构为对象，其密度为7.932×103kg/m3，纵波波速为5321m/s，以检测距离管道右侧端口1m处的裂纹缺陷的过程为例。
首先，在距管道左侧端口0.3cm的位置布设第一传感器阵列，并在距管道端口1cm的位置布设第二传感器阵列，两个传感器阵列均包含8个传感器阵元。
然后，根据被测管道的尺寸参数，对空管道频散方程求解，然后进行频散曲线的绘制和对应的模态分析，确定激励频率。在本实施例中，如图3所示，采用经汉宁窗调制的5波峰窄带信号作为激励信号，激励信号的中心频率选为70kHz。需要说明的是，空管道频散方程可参考现有技术，在这不做赘述。
接着，通过将激励信号经功率放大器输出放大后通过8个通道同步激励装置加载在第一传感器阵列的8个激励点上，在管道中激励出纵向轴对称导波模态L(0,2)，第二传感器阵列中的8个接收节点接收信号，该些信号通过电荷放大器放大、滤波，最终获得第一回波响应信号Wi1(t)～WiM(t)。
其次，利用矩形窗分别截取各个第一回波响应信号Wi1(t)～WiM(t)中激励波包和端口波包之间的信号部分。在本实施例中，窗宽为0.2ms。
再接着，将截取的信号部分进行归一化处理，并进行时间反演信号处理，得到时间反转激励信号Ui1tr(t)～UiMtr(t)。其中，时反前后的信号满足Uiitr(t)＝Wii(t-Δt)，其中Δt为矩形窗的宽度，Uiitr(t)为截取的、时反后的信号。
随后，通过以第二传感器阵列的8个节点作为信号的激励节点，并对应施加时间反转激励信号U1tr(t)～UMtr(t)，第一传感器阵列的8个节点作为信号的接收节点，接收第二回波响应信号Wi1tr(t)～WiMtr(t)。
可理解地，利用时间反转处理所具备的自适应能量聚焦效应，实现能量在损伤处(即被动波源)发生聚焦，从而实现损伤处声源信号的重构聚焦增强。
再通过将第一传感器阵列的8个节点获取到的多个第二回波响应信号Wi1tr(t)～WiMtr(t)叠加，得到时间反转导波检测信号。
可以理解地，如图4所示，浅色线条为将多个第一回波响应信号Wi1(t)～WiM(t)叠加所得到的，在时反前的导波检测信号波形，用于时反前后缺陷波包幅值对比分析；而深色线条则为时间反转导波检测信号波形，可见经时反增强处理后的缺陷波包幅值大大提高。从图4上可见，由于缺陷回波峰值出现在0.4～0.5ms的时间段，为更直观的分析时反前后缺陷波包峰值的变化，截取0.4～0.5ms的波段进行时域分析，如图5所示，经时反后的缺陷回波信号波包峰值为0.225，缺陷回波幅值被增大了4.6倍左右，由此说明了基于阵列时间反转导波检测方法可明显提高对早期小缺陷的导波检测能力，有利于根据缺陷回波响应信号进行特征提取与定位分析。
最后，由激励波包波峰与缺陷波包波峰之间的时间间隔t，乘以在激励频率为70kHz时L(0，2)模态群的速度，再除以2即可获得缺陷距离传感器阵列的轴向距离。
实施例2
针对实施例1中的被测管道，在距离被测管道激励端1m处模拟损伤，当然，损伤离管道激励端的距离可根据管道的长度进行模拟，在这不做具体限定。
然后对缺陷周向占比分别为1/16、1/8、1/4、1/2的圆周裂缝缺陷进行检测，并获取时反前、后导波检测信号中缺陷波包最大幅值，以及激励波包最大幅值。
通过将缺陷波包最大幅值除以激励波包最大幅值，得到时间反转检测信号的缺陷反射系数，结果如图6所示，表明将阵列时间反转增强法用于导波检测后，使得不同裂纹尺寸的缺陷反射系数明显提高，当裂纹较小时，运用时间反转法后，缺陷回波的反射系数增大的速率较大，说明本发明的检测方法相较于传统方法，可以更好地检测出管道初期的小缺陷。
综上，本发明的检测方法与现有技术相比，具有以下技术效果：
1.本发明可以将损伤再次散射的导波响应显著增强，从而提高缺陷检测的灵敏与准确度，更易于在管道缺陷产生的初期及时地发现缺陷。
2.本发明方法处理过程简单，与现有技术方法相比，信号分析和处理过程大大简化，减小了频散、多模等特性等带来的信号复杂度问题。
本发明还构造一种管道缺陷检测装置，包括至少两组传感器阵列，以及与传感器阵列电连接的管道缺陷检测系统；
管道缺陷检测系统包括：
获取模块，其用于根据尺寸参数，得到被测管道检测用的激励频率；
第一采集模块，其用于以所述激励频率对所述被测管道进行激励，得到多组第一回波响应信号；其中，第一采集模块包括轴向间隔布置于被测管道内的至少两组传感器阵列，以至少两组传感器阵列两两组合配对成为激励组和观测组，按照配对关系，分别向激励组各个节点施加根据激励频率形成的激励信号，以获得多组第一回波响应信号，其中一组第一回波响应信号对应于激励组的单个节点；
截取及处理模块，其用于在各个所述第一回波响应信号中截取出激励波包与端口波包之间的信号部分，并对截取出来的信号进行时间反演信号处理，得到多个时间反转激励信号；
第二采集模块，其用于根据所述配对关系，分别向所述观测组各个节点对应施加所述时间反转激励信号，并通过所述激励组获得多组第二回波信号；
叠加及获取模块，其用于对多组第二回波信号进行叠加，并根据叠加后所形成的信号，判断是否存在缺陷波包，在确定存在所述缺陷波包时，获取其中激励波包和缺陷波包之间的时间间隔；
输出模块，其用于根据时间间隔和激励频率，得到并输出含有管道缺陷与传感器阵列之间轴向距离的结果。
在一些实施例中，输出模块包括计算单元，计算单元用于通过公式1计算得到轴向距离；公式1为：
其中，l为缺陷距离传感器阵列的轴向距离，v为激励频率下模态波速，t为缺陷回波与激励波包之间的时间间隔。
在一些实施例中，获取模块包括：
第一获取单元，其用于根据尺寸参数，得到与被测管道对应的自由空心柱状结构群速度频散曲线；
第二获取单元，其用于根据群速度频散曲线，得到符合预设要求的激励频率。
在一些实施例中，叠加及获取模块包括：
叠加单元，其用于对多组第二回波信号进行叠加；
第一判断单元，根据叠加后所形成的信号，判断是否存在缺陷波包；若判断为存在缺陷波包，则输出信号至第一执行单元；若判断为不存在缺陷波包，则输出信号至第二执行单元；
第一执行单元，其用于获取其中激励波包和缺陷波包之间的时间间隔，并输出信号至输出模块；
第二执行单元，其用于输出管道未发现的结果。
在一些实施例中，传感器阵列包括多个传感器，多个传感器被配置为沿被测管道的周向，间隔且均匀地布置在被测管道的内壁上。
可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种管道缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据被测管道的尺寸参数，得到用于对所述被测管道检测的激励频率；
S2：以所述激励频率对所述被测管道进行激励，得到多组第一回波响应信号；其中，所述被测管道内预设有轴向间隔布置的至少两组传感器阵列，以至少两组所述传感器阵列两两组合配对成为激励组和观测组，按照配对关系，分别向所述激励组各个节点施加根据所述激励频率形成的激励信号，通过所述观测组获得多组所述第一回波响应信号，其中一组所述第一回波响应信号对应于所述激励组的单个节点；
S3：在各个所述第一回波响应信号中截取出激励波包与端口波包之间的信号部分，并对截取出来的信号进行时间反演信号处理，得到多个时间反转激励信号；
S4：根据所述配对关系，分别向所述观测组各个节点对应施加所述时间反转激励信号，并通过所述激励组获得多组第二回波信号；
S5：对多组所述第二回波信号进行叠加，并根据叠加后所形成的信号，判断是否存在缺陷波包；并在确定存在所述缺陷波包时，获取其中激励波包和所述缺陷波包之间的时间间隔；
S6：根据所述时间间隔和所述激励频率，得到并输出含有管道缺陷与所述传感器阵列之间轴向距离的结果。
2.根据权利要求1所述的管道缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤S6中，通过公式1计算得到所述轴向距离；所述公式1为：
其中，l为缺陷距离传感器阵列的轴向距离，v为激励频率下模态波速，t为缺陷回波与激励波包之间的时间间隔。
3.根据权利要求1所述的管道缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下子步骤：
S11：根据尺寸参数，得到与所述被测管道对应的自由空心柱状结构的群速度频散曲线；
S12：根据所述群速度频散曲线，得到符合预设要求的激励频率。
4.根据权利要求1所述的管道缺陷检测方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述激励频率对所述被测管道激励出纵波模态L(0，2)。
5.根据权利要求1所述的管道缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤S5包括以下子步骤：
S51：对多组所述第二回波信号进行叠加；
S52：根据叠加后所形成的信号，判断是否存在缺陷波包；若判断为存在缺陷波包，则执行步骤S53；若判断为不存在缺陷波包，则执行步骤S54；
S53：获取其中激励波包和所述缺陷波包之间的时间间隔，并执行步骤S6；
S54：输出管道未发现的结果。
6.一种管道缺陷检测装置，其特征在于，包括至少两组传感器阵列，以及与所述传感器阵列电连接的管道缺陷检测系统；
所述管道缺陷检测系统包括：
获取模块，其用于根据尺寸参数，得到被测管道检测用的激励频率；
第一采集模块，其用于以所述激励频率对所述被测管道进行激励，得到多组第一回波响应信号；其中，所述第一采集模块包括轴向间隔布置于所述被测管道内的至少两组传感器阵列，以至少两组所述传感器阵列两两组合配对成为激励组和观测组，按照配对关系，分别向所述激励组各个节点施加根据所述激励频率形成的激励信号，以获得多组所述第一回波响应信号，其中一组所述第一回波响应信号对应于所述激励组的单个节点；
截取及处理模块，其用于在各个所述第一回波响应信号中截取出激励波包与端口波包之间的信号部分，并对截取出来的信号进行时间反演信号处理，得到多个时间反转激励信号；
第二采集模块，其用于根据所述配对关系，分别向所述观测组各个节点对应施加所述时间反转激励信号，并通过所述激励组获得多组第二回波信号；
叠加及获取模块，其用于对多组所述第二回波信号进行叠加，并根据叠加后所形成的信号，判断是否存在缺陷波包；并在确定存在所述缺陷波包时，获取其中激励波包和缺陷波包之间的时间间隔；
输出模块，其用于根据所述时间间隔和所述激励频率，得到并输出含有管道缺陷与所述传感器阵列之间轴向距离的结果。
7.根据权利要求6所述的管道缺陷检测装置，其特征在于，所述输出模块包括计算单元，所述计算单元用于通过公式1计算得到所述轴向距离；所述公式1为：
其中，l为缺陷距离传感器阵列的轴向距离，v为激励频率下模态波速，t为缺陷回波与激励波包之间的时间间隔。
8.根据权利要求6所述的管道缺陷检测装置，其特征在于，所述获取模块包括：
第一获取单元，其用于根据尺寸参数，得到与所述被测管道对应的自由空心柱状结构的群速度频散曲线；
第二获取单元，其用于根据所述群速度频散曲线，得到符合预设要求的激励频率。
9.根据权利要求6所述的管道缺陷检测装置，其特征在于，所述叠加及获取模块包括：
叠加单元，其用于对多组所述第二回波信号进行叠加；
第一判断单元，根据叠加后所形成的信号，判断是否存在缺陷波包；若判断为存在缺陷波包，则输出信号至第一执行单元；若判断为不存在缺陷波包，则输出信号至第二执行单元；
第一执行单元，其用于获取其中激励波包和所述缺陷波包之间的时间间隔，并输出信号至输出模块；
第二执行单元，其用于输出管道未发现的结果。
10.根据权利要求6所述的管道缺陷检测装置，其特征在于，所述传感器阵列包括多个传感器，多个所述传感器被配置为沿所述被测管道的周向，间隔且均匀地布置在所述被测管道的内壁上。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202410015535.XA CN117990790A (zh) | 2024-01-03 | 2024-01-03 | 管道缺陷检测方法及管道缺陷检测装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202410015535.XA CN117990790A (zh) | 2024-01-03 | 2024-01-03 | 管道缺陷检测方法及管道缺陷检测装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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| CN202410015535.XA Pending CN117990790A (zh) | 2024-01-03 | 2024-01-03 | 管道缺陷检测方法及管道缺陷检测装置 |
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