本发明专利技术公开了一种管道损伤声子能量波诊断系统及定位方法，该方法中所涉及的管道损伤声子能量波诊断定位检测系统包括两组声子信号收发模块、数字示波器、数字信号发生器、数据采集计算机、数据采集卡、电压转换集成板、数据分析计算机等装置。声子信号收发模块可根据管道长度自由贴合以适应不同长度的管道检测需求，将采集的信号数据在数据处理计算机中处理分析，在频域下对不同频率采集到的数据分组进行数值取点，利用数学统计法计算管道缺陷位置与声子信号发射模块距离的数学特征关系，并以此作为实验对比样本再进行相同工况下其他待测管道实验，计算结果对比样本数据从而实现管道缺陷的定位。
【技术实现步骤摘要】
一种管道损伤声子能量波诊断系统及定位方法
本专利技术属于针对特种设备钢质管道的无损检测领域，专利涉及固体物理学、电磁学、信息传输与收集、信号处理、数学统计与样本学等多学科领域，所涉及的管道损伤声子能量波诊断定位检测系统可用于钢质管道的缺陷检测，根据管道管径和长度可自由调节检测距离，特别是穿跨越管道，属于特种设备无损检测新领域。
技术介绍
油气管线检测方面已有了多种检测技术，其中无损检测技术因其相对成熟的体系被广泛应用于管道缺陷检测中。无损检测是非破坏性检测技术，基于不损伤或不影响检测对象使用性能的前提，利用光、热、磁、声学等领域理论知识结合相应仪器检测材料表面及内部缺陷，从而确定检测对象的状态。常用于管道的无损检测方法包括：超声波检测技术、漏磁检测技术、涡流检测技术、射线检测技术等方法，其对检测对象以及对象缺陷类型敏感，不适合所有管道缺陷检测，并且全方位检测非开挖管道的运行成本高、工艺复杂，不能及时监测材料缺陷的发展，以致产生材料仪器报废的现象。不同的检测技术根据其原理的差异，检测特点也各不相同。在实际应用中，往往对于较大的损伤比较敏感，损伤的初期萌生阶段的识别效果不是很好。声子能量波的材料损伤检测方法有效填补了这方面的空白，它能检测到材料细微损伤产生的声子能量波，做到早期识别提前预防的作用。在固体物理理论体系中，声子能量是指晶格原子间键的能量，即固有在物体材料内部的能量。其在外界的碰撞、加载、拆卸过程中使材料内部晶格振动，能量局部集聚激发管体材料原子键间的声子格波能，产生声子辐射场，利用管道损伤声子能量波诊断定位检测系统通过检测声子能量波从而监测材料状态，通过数学统计法计算管道缺陷位置与声子信号发射模块距离的数学特征关系从而判断并定位缺陷。
技术实现思路
本专利技术公开了一种管道损伤声子能量波诊断技术及定位方法，该诊断系统及定位方法结合固体物理学声子理论、电磁学及数学统计等多学科相关知识体系，其数据采集与处理方法科学严谨，缺陷检测准确。由两组声子信号收发模块贴合于管道管体两侧，可自由调节安装方式以适应不同管径与长度的管道检测需求，调节检测探头分布方式以达到最佳检测效果。材料晶格振动时产生声学格波和光学格波。其分别对应了声学声子和光学声子。声学格波可近似为弹性波，离子晶体容易产生极化电场，光学横波与电磁场进行耦合，其具有电磁性质，称为电磁声子；电磁声子可与电磁波相耦合，并影响作用于待检测管道上的电磁波的信号特征，通过采集管道中的电磁波信号，对采集的数据进行分组处理与对比，经数学统计与样本法计算管道缺陷位置与声子信号发射模块距离的数学特征从而判断并定位缺陷，达到检测和监测目的。固定管体一侧的收发模块贴片天线并测量其相对缺陷的距离L0，将管体另一侧收发模块贴片天线相对缺陷位置的距离记为L1，进行一组不同激励频率信号的收发采集工作，移动收发模块贴片天线距离并记为L2做采集工作，依次递增相同距离分别记录其相对缺陷位置的距离为L3(4.5.6...)，将不等距离采集的数据在频域下同一坐标系内处理，选择主频附近相同位置提取幅值v数据并统计。计算在同一频率下不等距离所对应的幅值之间的数学关系，由公式(1)计算均值，公式(2)计算数学标准差，并作为此工况下的对比样本。在进行管道检测时用相同数据处理方法计算其数学标准差S'，测量两组声子信号收发模块之间的距离，选取与之距离L相等的样本标准差S，根据公式(3)分别计算出两组声子信号发射模块相对缺陷的距离L1'和L2'从而定位缺陷，其中L'约等于L1'与L2'之和，进而对缺陷位置计算的得以验证。一种管道损伤声子能量波诊断及定位系统，其特征在于，包括：第二信号接收探头1、第一激励信号发射探头2、数字信号发生器3、待检测管道4、数据处理计算机5、电压转换集成板6、数据采集计算机7、数据采集卡8、数字示波器9、第一信号接收探头10、第二激励信号发射探头11。待检测管道4的一端设有第二信号发射贴片天线12、第一信号接收贴片天线13，另一端设有第一信号发射贴片天线14、第二信号接收贴片天线15；第二信号发射贴片天线12与第二激励信号发射探头11连接，第一信号接收贴片天线13与第一信号接收探头10连接；第一信号发射贴片天线14与第一激励信号发射探头2连接，第二信号接收贴片天线15与第二信号接收探头1连接；第二信号接收探头1、第一激励信号发射探头2、第一信号接收探头10和第二激励信号发射探头11均与电压转换集成板6连接；第一信号接收探头10分别和数据采集卡8、数字示波器9连接；激励信号发射探头电源负极16与电压转换集成板6的GND连接；激励信号输入负相17与数字信号发生器3输出负相连接；激励信号输入正相18与数字信号发生器3输出正相连接；激励信号发射探头电源正极19与电压转换集成板6的+5v连接；信号接收探头电源正极22与电压转换集成板6的+5v连接；信号接收探头输出正相23与数据采集卡8、数字示波器9的正相输入端口连接；信号接收探头电源负极27与电压转换集成板6的GND连接；信号接收探头输出负相28与数据采集卡8、数字示波器9的负相输入端口连接；数据采集卡8通过USB接口与数据采集计算机7连接。声子信号收发模组Ⅰ由第一信号接收探头10、第一信号接收贴片天线13和第一激励信号发射探头2、第一信号发射贴片天线14组成；声子信号收发模组Ⅱ由第二信号接收探头1、第二信号接收贴片天线15和第二激励信号发射探头11、第二信号发射贴片天线12组成。所述第一激励信号发射探头2和第二激励信号发射探头11均包括选频拨码开关20、载波调制器21、激励信号输入正相18、激励信号输入负相17、激励信号发射探头电源正极19、激励信号发射探头电源负极16；第二信号接收探头1和第一信号接收探头10均包括载波解调器25、选频切换按键24、信号接收指示灯26、信号接收探头输出正相23、信号接收探头输出负相28、信号接收探头电源正极22、信号接收探头电源负极27。数字信号发生器3为第一激励信号发射探头2和第二激励信号发射探头11提供原始激励信号，激励信号发射探头将激励信号调制成433MHz射频传输信号，并通过信号发射贴片天线作用于待检测管道4，管体在受到外力作用下发生缺损、产生裂纹等损伤会使材料内部晶格振动，能量局部集聚，激发管体材料原子键间的声子格波能，产生声子辐射场，射频传输信号在待检测管道4损伤处与声子能量波发生电磁耦合为电磁声子，使原始射频信号发生能量变化，第二信号接收探头1和第一信号接收探头10分别通过第二信号接收贴片天线15与第一信号接收贴片天线13将接收到的电磁声子信号解调后通过数据采集卡8保存于数据采集计算机7，从而获取待检测管道4上的声子缺陷信息。根据权利要求1所述的一种管道损伤声子能量波诊断及定位方法，其特征在于，激励信号发射探头载有选频拨码开关20，信号接收探头载有选频切换按键24，可通过选频按键切换频点以保证两组声子信号收发模块Ⅰ、Ⅱ互不影响。其采样率为44.1KHz，频率响应为20Hz～20KHz可进行低频段激励信号的发射本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种管道损伤声子能量波诊断及定位系统，其特征在于，包括：第二信号接收探头(1)、第一激励信号发射探头(2)、数字信号发生器(3)、待检测管道(4)、数据处理计算机(5)、电压转换集成板(6)、数据采集计算机(7)、数据采集卡(8)、数字示波器(9)、第一信号接收探头(10)、第二激励信号发射探头(11)。/n待检测管道(4)的一端设有第二信号发射贴片天线(12)、第一信号接收贴片天线(13)，另一端设有第一信号发射贴片天线(14)、第二信号接收贴片天线(15)；第二信号发射贴片天线(12)与第二激励信号发射探头(11)连接，第一信号接收贴片天线(13)与第一信号接收探头(10)连接；第一信号发射贴片天线(14)与第一激励信号发射探头(2)连接，第二信号接收贴片天线(15)与第二信号接收探头(1)连接；第二信号接收探头(1)、第一激励信号发射探头(2)、第一信号接收探头(10)和第二激励信号发射探头(11)均与电压转换集成板(6)连接；第一信号接收探头(10)分别和数据采集卡(8)、数字示波器(9)连接；激励信号发射探头电源负极(16)与电压转换集成板(6)的GND连接；激励信号输入负相(17)与数字信号发生器(3)输出负相连接；激励信号输入正相(18)与数字信号发生器(3)输出正相连接；激励信号发射探头电源正极(19)与电压转换集成板(6)的+5v连接；信号接收探头电源正极(22)与电压转换集成板(6)的+5v连接；信号接收探头输出正相(23)与数据采集卡(8)、数字示波器(9)的正相输入端口连接；信号接收探头电源负极(27)与电压转换集成板(6)的GND连接；信号接收探头输出负相(28)与数据采集卡(8)、数字示波器(9)的负相输入端口连接；数据采集卡(8)通过USB接口与数据采集计算机(7)连接。/n声子信号收发模组Ⅰ由第一信号接收探头(10)、第一信号接收贴片天线(13)和第一激励信号发射探头(2)、第一信号发射贴片天线(14)组成；声子信号收发模组Ⅱ由第二信号接收探头(1)、第二信号接收贴片天线(15)和第二激励信号发射探头(11)、第二信号发射贴片天线(12)组成。/n所述第一激励信号发射探头(2)和第二激励信号发射探头(11)均包括选频拨码开关(20)、载波调制器(21)、激励信号输入正相(18)、激励信号输入负相(17)、激励信号发射探头电源正极(19)、激励信号发射探头电源负极(16)；第二信号接收探头(1)和第一信号接收探头(10)均包括载波解调器(25)、选频切换按键(24)、信号接收指示灯(26)、信号接收探头输出正相(23)、信号接收探头输出负相(28)、信号接收探头电源正极(22)、信号接收探头电源负极(27)。/n数字信号发生器(3)为第一激励信号发射探头(2)和第二激励信号发射探头(11)提供原始激励信号，激励信号发射探头将激励信号调制成433MHz射频传输信号，并通过信号发射贴片天线作用于待检测管道(4)，管体在受到外力作用下发生缺损、产生裂纹等损伤会使材料内部晶格振动，能量局部集聚，激发管体材料原子键间的声子格波能，产生声子辐射场，射频传输信号在待检测管道(4)损伤处与声子能量波发生电磁耦合为电磁声子，使原始射频信号发生能量变化，第二信号接收探头(1)和第一信号接收探头(10)分别通过第二信号接收贴片天线(15)与第一信号接收贴片天线(13)将接收到的电磁声子信号解调后通过数据采集卡(8)保存于数据采集计算机(7)，从而获取待检测管道(4)上的声子缺陷信息。/n...
【技术特征摘要】
1.一种管道损伤声子能量波诊断及定位系统，其特征在于，包括：第二信号接收探头(1)、第一激励信号发射探头(2)、数字信号发生器(3)、待检测管道(4)、数据处理计算机(5)、电压转换集成板(6)、数据采集计算机(7)、数据采集卡(8)、数字示波器(9)、第一信号接收探头(10)、第二激励信号发射探头(11)。
待检测管道(4)的一端设有第二信号发射贴片天线(12)、第一信号接收贴片天线(13)，另一端设有第一信号发射贴片天线(14)、第二信号接收贴片天线(15)；第二信号发射贴片天线(12)与第二激励信号发射探头(11)连接，第一信号接收贴片天线(13)与第一信号接收探头(10)连接；第一信号发射贴片天线(14)与第一激励信号发射探头(2)连接，第二信号接收贴片天线(15)与第二信号接收探头(1)连接；第二信号接收探头(1)、第一激励信号发射探头(2)、第一信号接收探头(10)和第二激励信号发射探头(11)均与电压转换集成板(6)连接；第一信号接收探头(10)分别和数据采集卡(8)、数字示波器(9)连接；激励信号发射探头电源负极(16)与电压转换集成板(6)的GND连接；激励信号输入负相(17)与数字信号发生器(3)输出负相连接；激励信号输入正相(18)与数字信号发生器(3)输出正相连接；激励信号发射探头电源正极(19)与电压转换集成板(6)的+5v连接；信号接收探头电源正极(22)与电压转换集成板(6)的+5v连接；信号接收探头输出正相(23)与数据采集卡(8)、数字示波器(9)的正相输入端口连接；信号接收探头电源负极(27)与电压转换集成板(6)的GND连接；信号接收探头输出负相(28)与数据采集卡(8)、数字示波器(9)的负相输入端口连接；数据采集卡(8)通过USB接口与数据采集计算机(7)连接。
声子信号收发模组Ⅰ由第一信号接收探头(10)、第一信号接收贴片天线(13)和第一激励信号发射探头(2)、第一信号发射贴片天线(14)组成；声子信号收发模组Ⅱ由第二信号接收探头(1)、第二信号接收贴片天线(15)和第二激励信号发射探头(11)、第二信号发射贴片天线(12)组成。
所述第一激励信号发射探头(2)和第二激励信号发射探头(11)均包括选频拨码开关(20)、载波调制器(21)、激励信号输入正相(18)、激励信号输入负相(17)、激励信号发射探头电源正极(19)、激励信号发射探头电源负极(16)；第二信号接收探头(1)和第一信号接收探头(10)均包括载波解调器(25)、选频切换按键(24)、信号接收指示灯(26)、信号接收探头输出正相(23)、信号接收探头输出负相(28)、信号接收探头电源正极(22)、信号接收探头电源负极(27)。
数字信号发生器(3)为第一激励信号发射探头(2)和第二激励信号发射探头(11)提供原始激励信号，激励信号发射探头将激励信号调制成433MHz射频传输信号，并通过信号发射贴片天线作用于待检测管道(4)，管体在受到外力作用下发生缺损、产生裂纹等损伤会使材料内部晶格振动，能量局部集聚，激发管体材料原子键间的声子格波能，产生声子辐射场，射频传输信号在待检测管道(4)损伤处与声子能量波发生电磁耦合为电磁声子，使原始射频信号发生能量变化，第二信号接收探头(1)和第一信号接收探头(10)分别通过第二信号接收贴片天线(15)与第一信号接收贴片天线(13)将接收到的电磁声子信号解调后通过数据采集卡(8)保存于数据采集计算机(7)，从而获取待检测管道(4)上的声子缺陷信息。
2.根据权利要求1所述的一种管道损伤声子能量波诊断及定位方法，其特征在于，激励信号发射探头载有选频拨码开关(20)，信号接收探头载有选频切换按键(24)，可通过选频按键切换频点以保证两组声子信号收发模块Ⅰ、Ⅱ互不影响。其采样率为44.1KHz，频率响应为20Hz～20KHz可进行低频段激励信号的发射与接收工作。
...
【专利技术属性】
技术研发人员：王新华，鹿垒，孙涛，杨林，姬云磊，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。