弯曲导波模态分离与频散补偿研究

为减少超声导波多模态和频散特性对管道缺陷检测应用时的不利影响,研究弯曲导波模态分离和导波频散补偿的方法。首先将导波信号进行时频分析,并与理论计算的时频曲线进行对比,确定信号中的各个模态,然后将各个模态信号进行频散补偿处理,最后将频散补偿后的信号相加,得到最后的结果。管道缺陷检测实验表明,由多模态和频散特性产生的多个波包可由STFT方法识别出每个波包所属的模态,经频散补偿后多个波包可对应在同一缺陷位置。实验证明导波信号经模态识别、分离和频散补偿后更利于缺陷的识别和定位,同时该方法也为弯曲导波的应用提供理论基础。     

基于纵向超声导波管道非通透缺陷检测研究

管道经过长期服役后,由于磨损、腐蚀和意外损伤等原因,对管道正常运行产生危害。在实际工况中,小的腐蚀缺陷容易发展成腐蚀穿孔,浅层的小裂纹容易发展成穿透型裂纹,因此探究如何有效检测管道小宽度非通透缺陷是很有必要的。利用ANSYS有限元仿真软件模拟纵向模态导波对管道的周向和斜向非通透缺陷的检测,得到了周向非通透缺陷的反射系数曲线,并证实时间反转法可以显著提高导波对非通透斜裂纹的检测能力。还针对空管和充水管非通透斜裂纹的定位问题进行了研究,结果表明利用时间反转法可以得到缺陷较为精确的周向与轴向位置及大致形状。     

管道超声导波无损检测技术应用研究

利用研制的磁致伸缩超声导波无损检测装置对长直无缝钢管、舰用锅炉U型管和弯管进行了大量试验研究．研究发现，通过对该装置中磁致伸缩传感器的放置位置及方向进行适当调整，此装置即可在管道中激发纵向导波；该技术对管道壁厚减薄、磨损或腐蚀、裂纹、焊缝等缺陷同样具有检测能力；选择低频（20～40kHz）激励脉冲信号有利于减少波的发散特性和提高缺陷的检测能力；导波在管道中传播衰减缓慢，适用于长距离、大范围、快速、非接触管道检测．     

基于Lorenz系统Lyapunov指数的管道超声导波检测

为了提高长距离管道超声导波检测中弱导波信号的识别精度,提出了基于Lorenz系统Lyapunov指数的管道超声导波检测方法。基于非共振周期信号的参数激励实现Lorenz系统的混沌控制,将待测的导波信号作为参数激励的扰动项输入Lorenz检测系统中,通过对比有无导波信号输入后Lorenz系统最大Lyapunov指数的不同响应,确定适合导波信号检测的参数激励幅值;然后利用ANSYS软件和搭建的超声导波试验平台分别进行数值模拟和实验,获得超声导波在含有不同损伤个数、大小的6 m长管道中传播的数值模拟信号和试验信号,利用Lorenz检测系统识别数值模拟与实验信号;基于二分法对导波信号进行分段识别,通过定位出回波信号的时间段实现损伤定位。检测结果表明,Lorenz系统能够有效地免疫噪声并识别管道的缺陷,并且提高了管道超声导波检测的灵敏度。     

基于空间拓展法的管道高阶螺旋导波波包追踪方法研究

螺旋导波是管道短距离高精度层析成像技术采用的主要导波模态,可以有效地提高成像分辨率,弥补目前管道导波长距离大范围检测精度低的缺点,在管道腐蚀检测中具有重要意义。然而由于导波的频散及螺旋导波的多路径传播特性,换能器接收到的检测信号波包众多,且经常发生重叠。为了便于分析这些波包的来源,需要有效的方法来计算各阶螺旋传播路径的长度及波包到达时间,进行波包追踪。推导了基于空间拓展法的管道高阶螺旋导波传播路径的计算模型,并针对各向均匀辐射的柱面波前兰姆波形成的管道螺旋导波,进行了数值计算和实验验证,证明了模型的正确性及其在波包追踪中的有效性。对利用管道螺旋导波进行检测及层析成像具有理论指导作用。     

漏磁检测技术在管道检测中的应用

为了检测埋地管道的腐蚀状态,开发了管道漏磁检测技术。该检测技术通过对管道局部磁化,检测磁化管段的磁场分布,识别记录缺陷位置磁场的畸变来判断腐蚀缺陷。该检测技术在多条管线上进行应用,其检测结果准确可靠,根据检测结果可以及时修复损伤严重的部位,保证管道安全运行。根据管道修复情况可以确定管道下次检测日期。分析检测结果的误差产生的原因,确定了设备分辨率、调试状态、管道自身特性等若干影响检测结果因素,并对今后的改进工作指出了切入点。     

基于Lyapunov指数的管道超声导波小缺陷定位实验研究

为了提高超声导波检测长距离管道中小缺陷的检测灵敏度,提出了基于杜芬方程最大Lyapunov指数的超声导波损伤定位方法。依据管道超声导波实测信号的采样频率、中心频率以及杜芬方程特性,设置检测系统参数,将待测信号作为杜芬方程外策动力扰动项输入杜芬方程中。通过比较杜芬系统在无信号输入和输入实测导波信号后,最大Lyapunov指数随策动力幅值F的变化,确定可用于识别导波信号的F值。利用移动窗函数给出了缺陷超声导波的波到时刻识别方法,从而给出了缺陷定位方法。实验研究表明,利用最大Lyapunov指数可有效提高超声导波的检测灵敏度。     

基于时间-空间变换的超声导波检测新技术研究

超声导波的频散和多模态特性,对超声导波检测的效果和检测范围有很大的影响。在分析超声导波时间-空间传播特性基础上,建立了超声导波检测的空间表述模型。由于考虑了导波传播过程中的频散特性,空间表述模型减小了频散对导波检测波形的影响,提高了检测系统分辨率,并可以直接获得结构中特征体信息,如端面、缺陷的位置等。实验结果表明,该技术可以大大提高超声导波检测范围和检测效果。     

基于超声导波检测管道缺陷的数值模拟

为了研究扭转模态在不同形状管道中的传播特性和缺陷的检测能力,建立了带有缺陷的管道有限元模型,利用有限元软件ABAQUS对T(0, 1)模态导波在直管、弯管中的传播过程进行数值模拟研究。导波信号采用汉宁窗调制的正弦信号,激励T(0, 1)模态信号。结果表明:最低阶的扭转模态适合于管道的缺陷检测;50 kHz的T(0, 1)模态导波对直管、弯管上的缺陷敏感,在缺陷对应的位置上,导波的回波幅值最大,能量也较集中。     

基于T(0,1)扭转波的管道纵向裂纹定位方法

针对平行于管道轴线的纵向裂纹缺陷检测,分析导波激励信号的中心频率、缺陷轴向长度等因素对反射系数的综合影响。首先,建立带裂纹缺陷管道的有限元模型;根据频散曲线特征,确定形成T(0,1)扭转模态波的激励频率;其次,在低频段取3种不同的激励信号中心频率,对纵向裂纹缺陷模拟检测的数值仿真,通过改变裂纹的轴向长度,分析其对缺陷回波特征的影响。结果表明:T(0,1)扭转波检测纵向裂纹的轴向定位误差约为5%;周向反射系数最大值出现在裂纹对应的周向位置;设置中心频率为27 k Hz时,回波反射系数随裂纹长度的增大,先增大后减小。通过以上分析可以得出T(0,1)扭转波对纵向裂纹轴向定位和周向定位的方法。