一种基于有限传感器组的超声导波管道损伤扫描装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于有限传感器组的超声导波管道损伤扫描装置及检测方法。该方法主要包括以下步骤：在管道上放置一排传感器组（压电片），与管道的轴向方向成一定角度。通过延时激励信号使多个传感器发出的激励信号形成波阵面，实现对特定方向进行扫描检测，通过在管道上倾斜放置一排传感器，获取不同相位的损伤信号，从信号中提取损伤信息，从而确定不同传感器到损伤处的距离，最后通过距离交集的密度分布确定损伤位置，从而完成管道损伤的定位。该方法可以对管道进行快速的损伤定位检测，解决特殊情况下传感器布置的问题，同时节省一定量的传感器。省一定量的传感器。省一定量的传感器。

A kind of ultrasonic guided wave pipeline damage scanning device and detection method based on limited sensor group

【技术实现步骤摘要】
一种基于有限传感器组的超声导波管道损伤扫描装置及检测方法


[0001]本专利技术涉及一种基于有限传感器组的超声导波管道损伤扫描检测方法，属于检测检测


技术介绍

[0002]现如今的社会中，管道结构普遍使用在各种重要的资源运输途中。如天然气传输管道、自来水厂输水线路、核电站冷凝水管道、石油输送管道等。这些管道应用在人类生活的各个领域各个角落，为人类生产提供极大的便利，具有很高的重要性。这些资源传输管道如果出现损伤又无法及时排查出具体位置，将会给国民经济带来巨大的损失。以输送天然气管道为例，长距离输气管道会因为腐蚀、碰撞等原因导致泄露，不仅带来经济损失还伴随着安全隐患。因此，对管道进行快速的无损检测具有重要的意义。
[0003]在目前的无损检测方法中，超声波检测具有准确率高、效率快等优点因而被广泛使用。但是传统的无损检测方式往往需要围绕管道一圈布置传感器，不仅造成传感器的浪费，在某些特定环境下，比如在埋在地底的管道中，仅可露出部分位置布置传感器；以及管道一侧嵌入墙体，部分管道无法布置传感器等情况下，传统传感器布置方式难以实现。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于有限传感器组的超声导波管道损伤扫描装置及检测方法，可较好的实现损伤的识别及定位，节省一定量的传感器，并在一定程度上降低传感器的布置难度。
[0005]为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种基于有限传感器组的超声导波管道损伤扫描装置，包括在待检测的管道上以固定角度布置的倾斜于管道轴向方向的传感器组；
[0007]所述传感器组包括多个用于激发试验频率声波，获取待检测的管道的回波信号的传感器。
[0008]进一步的，所述装置还包括与所述传感器组连接的上位机；所述上位机用于控制所述传感器组并接收传感器的回波信号；
[0009]所述传感器组的个数选择及间距遵循以下原则：
[0010]传感器之间的距离d满足其中λ为超声导波信号的波长，传感器放置方向与管道轴向方向成θ角度，传感器组放置长度为L，管道半径长为a，则L＝2πa*sinθ,传感器个数N满足N≥L/d。
[0011]第二方面，本专利技术提供了一种基于有限传感器组的超声导波管道损伤扫描检测方法，包括以下步骤：
[0012]在待检测的管道上以固定角度布置倾斜于管道轴向方向的传感器组；
[0013]通过传感器组激发试验频率声波，获取待检测的管道的回波信号；
[0014]将待检测的管道的回波信号与预存储的健康管道的回波信号比较，检查两者差值是否超过了损伤阈值，如果超过损伤阈值，则认定待检测的管道是损伤管道，否则认定为健康管道；
[0015]如果待检测管道是损伤管道，则利用损伤管道的回波信号确定损伤的位置。
[0016]进一步的，健康管道的回波信号和试验频率声波的确定方法包括：
[0017]在健康管道上以固定角度布置倾斜于管道轴向方向的传感器组；
[0018]通过上位机(信号激励端)扫频加载激励信号至传感器，获取不同频率的回波信号图，选择回波幅值最大的频率作为激励频率，得到激励频率的试验频率声波；
[0019]确定激励频率下的回波信号图健康管道的回波图像。
[0020]进一步的，所述激励信号为窄带信号；
[0021]扫频加载激励信号至传感器，获取不同频率的回波信号图，选择回波幅值最大的频率作为激励频率的方法包括：
[0022]根据超声导波在管道结构中的频散曲线图，在导波模态较少的40kHz至200kHz之间的频率范围内，扫频加载窄带信号；
[0023]获得所有频率的回波信号，通过对比不同信号的幅值、波包信息，挑选出回波信号最清晰的一组用作激励信号频率。
[0024]进一步的，在管道上以固定角度布置倾斜于管道轴向方向的传感器组的方法包括：
[0025]在管道上选择合适的位置等距离d放置N个压电传感器，用作激励传感器，放置方向与管道轴向方向成θ角度，放置长度和角度遵循以下规则：传感器之间的距离d满足传感器组放置长度为L，管道半径长为a，则L＝2πa*sinθ,N≥L/d；
[0026]所述传感器组包括并列排布的多个压点传感器；所述压电传感器既作激励传感器也作接收传感器；压电传感器激励信号后依次接收信号，形成一定角度的波阵面。
[0027]进一步的，通过传感器组激发试验频率声波，获取待检测的管道的回波信号的方法包括：
[0028]对原始激励信号进行处理，将其相位依次向后延迟，每次延迟半个周期，然后激励传感器，即可形成一定角度的波阵面，从而得到不同位置传感器的损伤信号进行分析。
[0029]进一步的，所述损伤阈值的确定方法，包括：
[0030]分别在健康管道和损伤管道上以固定角度布置倾斜于管道轴向方向的传感器组；
[0031]多次通过传感器组激发试验频率声波，分别获取多组的健康管道的健康数据和损伤管道的损伤数据；所述健康数据即健康管道的回波信号，所述损伤数据即为损伤管道的回波信号；
[0032]分别求取健康数据和损伤数据的极大值点，将极大值点连成线，即为波形图的上半包络线；
[0033]分别求取健康数据和损伤数据的前三个最大的波包面积，所述波包面积为连续五个极大值点与坐标轴围成的面积；
[0034]将多组的损伤数据和健康数据的前三个最大波包面积和的差值和的平均值设置
为损伤阈值；当波包面积差小于损伤阈值时可以判定此数据为健康数据，当波包面积差大于阈值时则为损伤数据。
[0035]进一步的，将待检测的管道的回波信号与预存储的健康管道的回波信号比较，检查两者差值是否超过了损伤阈值的方法包括：
[0036]求取待检测的管道的回波信号的极大值点，将极大值点连成线，即为波形图的上半包络线；
[0037]求取待检测的管道的回波信号的前三个最大的波包面积，所述波包面积为连续五个极大值点与坐标轴围成的面积；
[0038]将待检测的管道的回波信号的前三个最大的波包面积和与预存储的健康管道的回波信号的前三个最大的波包面积和对比，得到波包面积差；
[0039]当波包面积差小于阈值时可以判定此待检测的管道为健康管道，当波包面积差大于阈值时则认为是损伤管道。
[0040]进一步的，利用损伤管道的回波信号确定损伤的位置的方法包括：
[0041]分别提取传感器组中的各传感器的回波信号中损伤处的波包对应的时间范围，根据分别计算出损伤处到各传感器的损伤距离，其中r为接收传感器到损伤点的距离，c为超声导波在管道中的传播速度，t为信号传播的时间；
[0042]建立坐标系，标注出各传感器的位置；
[0043]分别以各传感器的位置为圆心，各传感器到损伤处的损伤距离为半径画圆，交点的位置范围即为损伤的位置。
[0044]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于有限传感器组的超声导波管道损伤扫描装置，其特征在于，包括在待检测的管道上以固定角度布置的倾斜于管道轴向方向的传感器组；所述传感器组包括多个用于激发试验频率声波，获取待检测的管道的回波信号的传感器。2.根据权利要求1所述的基于有限传感器组的超声导波管道损伤扫描装置，其特征在于，所述装置还包括与所述传感器组连接的上位机；所述上位机用于控制所述传感器组并接收传感器的回波信号；所述传感器组的个数选择及间距遵循以下原则：传感器之间的距离d满足其中λ为超声导波信号的波长，传感器放置方向与管道轴向方向成θ角度，传感器组放置长度为L，管道半径长为a，则L＝2πa*sinθ,传感器个数N满足N≥L/d。3.一种基于有限传感器组的超声导波管道损伤扫描检测方法，其特征在于，包括以下步骤：在待检测的管道上以固定角度布置倾斜于管道轴向方向的传感器组；通过传感器组激发试验频率声波，获取待检测的管道的回波信号；将待检测的管道的回波信号与预存储的健康管道的回波信号比较，检查两者差值是否超过了损伤阈值，如果超过损伤阈值，则认定待检测的管道是损伤管道，否则认定为健康管道；如果待检测管道是损伤管道，则利用损伤管道的回波信号确定损伤的位置。4.根据权利要求3所述的基于有限传感器组的超声导波管道损伤扫描检测方法，其特征在于，健康管道的回波信号和试验频率声波的确定方法包括：在健康管道上以固定角度布置倾斜于管道轴向方向的传感器组；通过上位机扫频加载激励信号至传感器，获取不同频率的回波信号图，选择回波幅值最大的频率作为激励频率，得到激励频率的试验频率声波；确定激励频率下的回波信号图健康管道的回波图像。5.根据权利要求4所述的基于有限传感器组的超声导波管道损伤扫描检测方法，其特征在于，所述激励信号为窄带信号；扫频加载激励信号至传感器，获取不同频率的回波信号图，选择回波幅值最大的频率作为激励频率的方法包括：根据超声导波在管道结构中的频散曲线图，在导波模态较少的40kHz至200kHz之间的频率范围内，扫频加载窄带信号；获得所有频率的回波信号，通过对比不同信号的幅值、波包信息，挑选出回波信号最清晰的一组用作激励信号频率。6.根据权利要求3所述的基于有限传感器组的超声导波管道损伤扫描检测方法，其特征在于，在管道上以固定角度布置倾斜于管道轴向方向的传感器组的方法包括：在管道上选择合适的位置等距离d放置N个压电传感器，用作激励传感器，放置方向与管道轴向方向成θ角度，放置长度和角度遵循以下规则：传感器组放置长度为L，管道半径长为a，则L＝2πa*sinθ,N≥L/d；
所述传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，包程，岳东，陶锴，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：