專利名稱：基于時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦方法的管道缺陷大小判定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于時(shí)間延遲的導(dǎo)波信號(hào)分析方法，屬于無(wú)損檢測(cè)信號(hào)分析領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超聲導(dǎo)波檢測(cè)管道的缺陷和損傷是近年來(lái)興起的一項(xiàng)新的管道檢測(cè)技術(shù)。和常規(guī)的漏磁、渦流、射線法相比具有檢測(cè)效率高、傳播距離遠(yuǎn)、檢測(cè)范圍大、不需要?jiǎng)冸x外包層、 對(duì)埋地管道不需要全部開(kāi)挖、可以進(jìn)行在線檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，除了適用于一般的管道檢測(cè)，對(duì)高架管道、有包覆層的管道、埋地管道、管道在公路路基穿越段和穿墻段、在水中的運(yùn)行的管道等情況。與傳統(tǒng)的超聲波檢測(cè)相比，超聲導(dǎo)波技術(shù)有檢測(cè)距離長(zhǎng)(最長(zhǎng)達(dá)200米)、可對(duì)管道進(jìn)行100%檢測(cè)、不需要耦合及和檢測(cè)方便快速的優(yōu)點(diǎn)。目前，針對(duì)超聲導(dǎo)波管道缺陷檢測(cè)的研究主要集中在缺陷的定位方面。對(duì)于對(duì)不同大小缺陷的判定還處于初步階段。已經(jīng)公開(kāi)或者發(fā)表的研究成功中，關(guān)于對(duì)管道缺陷尺寸判斷的研究成果還是十分少見(jiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決目前超聲導(dǎo)波管道檢測(cè)中，缺陷大小尺寸無(wú)法確定的現(xiàn)狀。利用時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦方法對(duì)圓周方向上不同大小缺陷的放大倍數(shù)不同的原理，提出基于時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦方法的管道缺陷沿管道圓周方向大小識(shí)別方法。本發(fā)明主要利用時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦方法對(duì)不同大小缺陷的放大倍數(shù)不同的原理，包括以下步驟1)利用時(shí)間反轉(zhuǎn)式超聲導(dǎo)波管道檢測(cè)儀，對(duì)帶有缺陷的管道進(jìn)行常規(guī)超聲導(dǎo)波檢測(cè)，獲得聚焦前檢測(cè)曲線。2)利用時(shí)間反轉(zhuǎn)式超聲導(dǎo)波管道檢測(cè)儀，對(duì)缺陷進(jìn)行聚焦，獲得聚焦后檢測(cè)曲線。3)通過(guò)步驟1)中所述的聚焦前檢測(cè)曲線中，缺陷回波信號(hào)的時(shí)間t與管道中相應(yīng)
超聲導(dǎo)波波速c計(jì)算出缺陷位置^ = t^f-。4)提取步驟1)中所述的聚焦前檢測(cè)曲線中，缺陷回波信號(hào)的幅值A(chǔ)1,以及步驟2) 中所述的聚焦后檢測(cè)曲線中，缺陷回波信號(hào)的幅值A(chǔ)2,并計(jì)算放大倍數(shù)W = γ。5)在有限元軟件ANSYS中，建立一系列與被測(cè)管道材料、長(zhǎng)度、外徑、壁厚參數(shù)一致，帶有不同尺寸缺陷的有限元管道模型。缺陷位置由步驟3)確定。缺陷沿管道軸向尺寸不變，沿管道圓周方向尺寸依次增大。6)經(jīng)過(guò)計(jì)算獲得時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦方法對(duì)不同圓周方向大小缺陷的放大倍數(shù)。并繪制放大倍數(shù)隨缺陷圓周方向大小變化曲線。7)在步驟6)中獲得的放大倍數(shù)隨缺陷圓周方向大小變化曲線圖中，找出步驟4) 中所述放大倍數(shù)R所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。該點(diǎn)在放大倍數(shù)隨缺陷圓周方向大小變化曲線圖中所對(duì)應(yīng)的缺陷圓周方向大小，就是待測(cè)缺陷圓周方向的尺寸。本發(fā)明是利用時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦方法來(lái)確定缺陷在管道圓周方向的大小的方法，其原理如下1)時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦方法通過(guò)改變傳感器激發(fā)的超聲導(dǎo)波在圓周方向的分布情況來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷處的聚焦。時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦方法，能夠?qū)⒃瓉?lái)沿管道圓周方向均勻分布的超聲導(dǎo)波能量，集中聚焦在缺陷處。因此能夠提高缺陷回波的幅值。2)缺陷周向大小不同，經(jīng)過(guò)時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦后，信號(hào)的放大倍數(shù)也有所不同。缺陷周向尺寸越小，聚焦后超聲導(dǎo)波能量相對(duì)越集中，對(duì)應(yīng)的缺陷回波放大倍數(shù)越大。缺陷周向尺寸越大，聚焦后超聲導(dǎo)波能量相對(duì)越分散，對(duì)應(yīng)缺陷回波放大倍數(shù)越小。當(dāng)缺陷布滿整個(gè)管道圓周方向時(shí)，聚焦后能量依舊沿圓周方向均勻分布，放大倍數(shù)接近于1。3)在測(cè)得待測(cè)管道上時(shí)間反轉(zhuǎn)方法對(duì)缺陷的放大倍數(shù)后，通過(guò)有限元計(jì)算得到對(duì)應(yīng)管道的對(duì)應(yīng)位置上，放大倍數(shù)隨缺陷圓周尺寸變化曲線。在曲線中便可以利用測(cè)得的放大倍數(shù)確定缺陷的圓周尺寸。與現(xiàn)有的超聲導(dǎo)波管道檢測(cè)方法相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1)實(shí)現(xiàn)了管道圓周方向尺寸的判斷。2) —次檢測(cè)便可以計(jì)算得到缺陷位置與缺陷圓周方向大小。


圖1常規(guī)超聲導(dǎo)波檢測(cè)曲線圖2聚焦后檢測(cè)曲線圖3放大倍數(shù)隨缺陷圓周方向大小變化曲線
具體實(shí)施例方式結(jié)合本發(fā)明方法的內(nèi)容提供以下試驗(yàn)實(shí)施例(1)利用時(shí)間反轉(zhuǎn)式超聲導(dǎo)波管道檢測(cè)儀(見(jiàn)專利ZL200610144294)，對(duì)一根長(zhǎng)2 米外徑144毫米壁厚5毫米帶有缺陷的鋼制無(wú)縫鋼管進(jìn)行檢測(cè)，獲得如圖1所示的常規(guī)檢測(cè)曲線。(2)利用時(shí)間反轉(zhuǎn)式超聲導(dǎo)波管道檢測(cè)儀，對(duì)步驟(1)中管道上的缺陷進(jìn)行時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦檢測(cè)，獲得如圖2所示的聚焦后檢測(cè)曲線。(3)利用步驟(1)中所述的聚焦前檢測(cè)曲線中，缺陷回波信號(hào)的時(shí)間t = 4.9X10_4秒與管道中相應(yīng)超聲導(dǎo)波波速c = 5.8父103米/秒，計(jì)算出缺陷位置
5 =化=1.4 米。 2(4)提取步驟⑴中所述的聚焦前檢測(cè)曲線中，缺陷回波信號(hào)的幅值A(chǔ)1 = 0. 2799， 以及步驟(2)中所述的聚焦后檢測(cè)曲線中，缺陷回波信號(hào)的幅值A(chǔ)2 = 11511，并計(jì)算放大倍
Λ
數(shù)i = 2 = 4.1125 ο
A(5)在有限元軟件ANSYS中，建立一系列長(zhǎng)度2米，外徑114毫米，壁厚5毫米帶有不同尺寸缺陷的有限元管道模型。缺陷位置在步驟(3)中計(jì)算得到的1.4米處。缺陷沿管道軸向尺寸不變，沿管道圓周方向尺寸依次增大，對(duì)應(yīng)圓心角由10°依次遞增10°直到對(duì)
4應(yīng)圓心角為360°。(6)經(jīng)過(guò)計(jì)算獲得時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦方法對(duì)不同圓周方向大小缺陷的放大倍數(shù)。并繪制放大倍數(shù)隨缺陷圓周方向大小變化曲線如圖3所示。(7)在圖3中，找出步驟⑷中所述放大倍數(shù)R = 4. 1所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。該在圖3中所對(duì)應(yīng)的缺陷圓心角為40°，利用圓心角與管道外徑144毫米就可以計(jì)算出缺陷沿管道圓周分布尺寸Dk = 50毫米。與實(shí)際缺陷尺寸吻合。
權(quán)利要求
1.基于時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦方法的管道缺陷大小判定方法，其特征在于，包括以下步驟1)利用時(shí)間反轉(zhuǎn)式超聲導(dǎo)波管道檢測(cè)儀，對(duì)帶有缺陷的管道進(jìn)行常規(guī)超聲導(dǎo)波檢測(cè)， 獲得聚焦前檢測(cè)曲線；2)利用時(shí)間反轉(zhuǎn)式超聲導(dǎo)波管道檢測(cè)儀，對(duì)缺陷進(jìn)行聚焦，獲得聚焦后檢測(cè)曲線；3)通過(guò)步驟1)中所述的聚焦前檢測(cè)曲線中，缺陷回波信號(hào)的時(shí)間t與管道中相應(yīng)超聲導(dǎo)波波速c計(jì)算出缺陷位置S = t^f-；4)提取步驟1)中所述的聚焦前檢測(cè)曲線中，缺陷回波信號(hào)的幅值A(chǔ)1，以及步驟2)中所述的聚焦后檢測(cè)曲線中，缺陷回波信號(hào)的幅值A(chǔ)2，并計(jì)算放大倍數(shù)W = f ；5)在有限元軟件，建立一系列與被測(cè)管道材料、長(zhǎng)度、外徑、壁厚參數(shù)一致，帶有不同尺寸缺陷的有限元管道模型；缺陷位置由步驟3)確定；缺陷沿管道軸向尺寸不變，沿管道圓周方向尺寸依次增大；6)經(jīng)過(guò)計(jì)算獲得時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦方法對(duì)不同圓周方向大小缺陷的放大倍數(shù)；并繪制放大倍數(shù)隨缺陷圓周方向大小變化曲線；7)在步驟6)中獲得的放大倍數(shù)隨缺陷圓周方向大小變化曲線圖中，找出步驟4)中所述放大倍數(shù)R所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)；該點(diǎn)在放大倍數(shù)隨缺陷圓周方向大小變化曲線圖中所對(duì)應(yīng)的缺陷圓周方向大小，就是待測(cè)缺陷圓周方向的尺寸。
全文摘要
基于時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦方法的管道缺陷大小判定方法屬于無(wú)損檢測(cè)信號(hào)分析領(lǐng)域。本發(fā)明通過(guò)聚焦前檢測(cè)曲線計(jì)算出缺陷位置提取缺陷回波信號(hào)的幅值A(chǔ)1，通過(guò)聚焦后檢測(cè)曲線得到缺陷回波信號(hào)的幅值A(chǔ)2，并計(jì)算放大倍數(shù)有限元軟件，建立一系列與被測(cè)管道材料、長(zhǎng)度、外徑、壁厚參數(shù)一致，帶有不同尺寸缺陷的有限元管道模型；獲得時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦方法對(duì)不同圓周方向大小缺陷的放大倍數(shù)；并繪制放大倍數(shù)隨缺陷圓周方向大小變化曲線，找出步驟所述放大倍數(shù)R所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)；該點(diǎn)在放大倍數(shù)隨缺陷圓周方向大小變化曲線圖中所對(duì)應(yīng)的缺陷圓周方向大小，就是待測(cè)缺陷圓周方向的尺寸。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了管道圓周方向尺寸的判斷，一次檢測(cè)便可以計(jì)算得到缺陷位置與缺陷圓周方向大小。
文檔編號(hào)G01N29/04GK102520064SQ20111039357
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者何存富, 吳斌, 周進(jìn)節(jié), 符浩 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)