一种基于反射的L(0,1)导波的连续管道腐蚀定量检测方法，属于工程结构检测技术领域，该方法选择频散范围内的L(0,1)导波作为激励信号，通过在待检测管段的两端制造不连续，实现反射的L(0,1)导波的生成，并建立反射的L(0,1)导波的走时变化与腐蚀引起的壁厚损失的定量关系模型，结合实测的反射的L(0,1)导波的走时变化和该定量关系模型量化该管段的壁厚损失。反射的L(0,1)导波在确定范围内有更长的累积传播长度，增加了壁厚损失引起的L(0,1)模态的走时变化，从而实现对壁厚损失的高分辨率测量。然后将该方法应用于不同管段的腐蚀检测，便可实现对连续管道壁厚损失的分布式和大范围检测。该方法简单高效，成本低，提高了对壁厚损失的分辨率和量化精度。损失的分辨率和量化精度。损失的分辨率和量化精度。
【技术实现步骤摘要】
一种基于反射的L(0,1)导波的连续管道腐蚀定量检测方法
[0001]本专利技术属于工程结构检测
，具体来说是采用在连续管道中制造不连续的方式生成反射的L(0,1)导波，使用反射的L(0,1)导波对连续管道的腐蚀程度进行定量检测。
技术介绍
[0002]管道是重要的基础设施，广泛应用于水、石油、天然气等物资的输送。管道的运行环境通常较为恶劣，且具有一定的腐蚀性。管道内部和外部腐蚀介质的作用，以及内部输送介质的高速冲刷等会导致管道发生全面腐蚀。管道的全面腐蚀会减少管道的壁厚，从而降低管道的承载力和完整性，威胁管道的运行安全，造成巨大的经济损失。因此，为了保障管道的运行安全，有效检测腐蚀引起的管道的壁厚损失十分重要。腐蚀的发生和发展是一个复杂的动态过程，在各种复杂因素的影响下，腐蚀速率可能会加速，导致管道在常规检测前突发失效。另外，管道结构较长，有些区域难以接近。因此，需要检测技术不仅具有较高的壁厚损失分辨率，而且能够快速、全面、定量地检测整个管道结构的腐蚀。
[0003]传统的超声测试技术可以精确测量管道的壁厚。但是，该方法需要逐点扫描管道表面，操作复杂，检测低效，不能检测管道上隐蔽和无法到达的区域，不适用于对长距离管道进行快速、全面的检测。而且，超声测试对检测条件要求高，易受外界因素干扰；例如，当超声探头和管道表面耦合效果不足，或管道表面积累较多沉积物时，其检测精度显著降低。另外，涡流、漏磁、X
‑
射线等传统的检测技术也被广泛用于腐蚀检测，但是都存在和超声测试类似的不足。
[0004]超声导波技术可以有效检测管道腐蚀。超声导波可以沿整个管壁传播较长的距离、且衰减小；该方法简单高效，能够快速、全面地检测长距离管段，包括物理上无法到达的区域。然而，现有的基于导波的检测方法主要能够对管道腐蚀深度提供定性的评价，没有从理论上建立评价指标与腐蚀深度之间的定量关系模型，难以有效量化腐蚀引起的管道的壁厚损失。此外，如何提高对微小腐蚀的分辨率也充满了挑战。
技术实现思路
[0005]为了解决上述存在的问题，本专利技术提出：一种基于反射的L(0,1)导波的连续管道腐蚀定量检测方法，包括如下步骤：S1、选择激励信号，根据导波的频散方程，通过频散分析软件计算待检测连续管道的群速度频散曲线，选择频散范围内的L(0,1)导波作为激励模态，利用L(0,1)导波的走时变化识别腐蚀引起的管道的壁厚损失；
[0006]S2、导波激励阵列和接收阵列的布设，分别将激励阵列和接收阵列布设在待检测管段内部的两个对称的位置，激励阵列和接收阵列分别由若干沿管道周向等间距分布的压电传感器组成，激励阵列激发导波信号，接收阵列中各接收传感器单独接收导波信号，各接收传感器所在的待检测管段的轴向路径作为该传感器的检测路径；
[0007]S3、在连续管道中制造不连续和生成反射的L(0,1)导波，制作两个相同的可快速
拆卸和重复使用的金属环，每个金属环分别由两个相同的半金属环组成，在待检测管段的两端各粘贴一个金属环，从而在连续管道中制造不连续和形成轴对称的结构特征，所激发的L(0,1)导波在制造的不连续处会生成反射的L(0,1)导波；
[0008]S4、建立反射的L(0,1)导波的走时变化与壁厚损失的定量关系模型，根据反射的L(0,1)导波的累积传播长度，通过频散分析软件获取不同壁厚损失引起的反射的L(0,1)导波的走时变化，得到反射的L(0,1)导波的走时变化与壁厚损失的定量关系模型，所选频散范围内的L(0,1)导波的走时变化与其传播长度呈正相关，与直达的L(0,1)导波相比，反射的L(0,1)导波在确定的范围有更长的累积传播长度，通过累积传播长度的增加实现对壁厚损失的高分辨率测量，待检测管段的壁厚损失及其对应的反射的L(0,1)导波的走时变化的表达式为：
[0009][0010]其中，Δd和Δt
r
分别为待检测管段的壁厚损失和对应的反射的L(0,1)导波的走时变化；d
h
和d
c
分别为待检测管段初始状态和腐蚀后的壁厚；t
rh
和t
rc
分别为反射的L(0,1)导波在待检测管段初始状态和腐蚀后的走时；C
gh
和C
gc
分别为L(0,1)导波在待检测管段初始状态和腐蚀后的群速度；L
r
为反射的L(0,1)导波的累积传播长度。
[0011]S5、在连续管道初始状态下激发和采集导波信号，模块化机箱包括波形发生器和示波器，通过连接线与计算机连接，由波形发生器生成的导波信号，经过功率放大器后输入激励阵列激发L(0,1)导波，示波器分别连接各接收传感器采集反射的L(0,1)导波信号，进一步传送至计算机，所采集的信号作为基准信号；
[0012]S6、在连续管道不同腐蚀状态下，再分别按S5激发和采集导波信号，得到不同腐蚀程度下的反射的L(0,1)导波信号；
[0013]S7、分析腐蚀前后反射的L(0,1)导波的走时，判断走时增加即为发生了腐蚀，提取反射的L(0,1)导波的走时变化，并结合S4建立的定量关系模型推导出待检测管段的壁厚损失；
[0014]S8、连续管道腐蚀的分布式检测，由上述各步骤完成该管段腐蚀的检测后，沿着连续管道的检测方向，将远离下一管段的金属环拆卸并安装在下一管段的另一侧，使用该方法对下一管段检测，以此类推，实现对连续管道的大范围和分布式检测。
[0015]本专利技术的有益效果为：这种基于反射的L(0,1)导波的连续管道腐蚀定量检测方法，只需要将两个相同的金属环粘贴在待检测管段的两端，就可以在该管段两端制造不连续和形成轴对称结构特征，从而实现反射的L(0,1)导波的生成。通过计算不同腐蚀程度下反射的L(0,1)导波的走时变化，并结合建立的反射的L(0,1)导波的走时变化与壁厚损失的定量关系模型，便可量化该管段的壁厚损失，反射的L(0,1)导波在确定范围内有更长的累积传播长度，大大增加了壁厚损失所引起的L(0,1)模态的走时变化，从而实现了对壁厚损失的高分辨率测量。该方法与已有的导波方法相比，对壁厚损失具有更高的分辨率和量化精度。另外，将这种检测方法应用于不同的管段就可以大范围、分布式检测连续管道的腐蚀。因此，该方法可以全面评估管道的承载力和完整性，有效预测管道的剩余使用寿命。相比传统的点式检测技术，该方法简单高效，仅使用少量永久检测点就可以快速、全面检测整
个管道的腐蚀，不会漏检。在管道中制造不连续的装置拆卸方便，可以重复使用，检测成本低。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的基于反射的L(0,1)导波的连续管道腐蚀定量检测方案示意图；
[0017]图2为本专利技术制作的金属环示意图；
[0018]图3为本专利技术的反射的L(0,1)导波的走时变化和壁厚损失的定量关系模型；
[0019]图4为本专利技术的在连续管道初始状态和不同腐蚀时间下单一接收传感器接收的导波数据；
[0020]图5为本专利技术的在本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于反射的L(0,1)导波的连续管道腐蚀定量检测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、选择激励信号，根据导波的频散方程，通过频散分析软件计算待检测连续管道(1)的群速度频散曲线，选择频散范围内的L(0,1)导波作为激励模态，利用L(0,1)导波的走时变化识别腐蚀引起的管道的壁厚损失；S2、导波激励阵列(2)和接收阵列(3)的布设，分别将激励阵列(2)和接收阵列(3)布设在待检测管段(4)内部的两个对称的位置，激励阵列(2)和接收阵列(3)分别由若干沿管道周向等间距分布的压电传感器组成，激励阵列(2)激发导波信号，接收阵列(3)中各接收传感器单独接收导波信号，各接收传感器所在的待检测管段(4)的轴向路径作为该传感器的检测路径；S3、在连续管道(1)中制造不连续和生成反射的L(0,1)导波，制作两个相同的可快速拆卸和重复使用的金属环(5)，每个金属环(5)分别由两个相同的半金属环组成，在待检测管段(4)的两端各粘贴一个金属环(5)，从而在连续管道(1)中制造不连续和形成轴对称的结构特征，所激发的L(0,1)导波在制造的不连续处会生成反射的L(0,1)导波；S4、建立反射的L(0,1)导波的走时变化与壁厚损失的定量关系模型，根据反射的L(0,1)导波的累积传播长度，通过频散分析软件获取不同壁厚损失引起的反射的L(0,1)导波的走时变化，得到反射的L(0,1)导波的走时变化与壁厚损失的定量关系模型，所选频散范围内的L(0,1)导波的走时变化与其传播长度呈正相关，与直达的L(0,1)导波相比，反射的L(0,1)导波在确定的范围有更长的累积传播长度，通过累积传播长度的增加实现对壁厚损失的高分辨率测量，待检测管段(4)的壁厚损失及其对应的反射的L(0,1)导波的走时变化的表达式为：其中，Δd和Δt
r
分别为待检测管段(4)的壁厚损失和对应的反射的L(0,1)导波的走时变化；d
h
和d
c
分别为待检测管段(4)初始状态和腐蚀后的壁厚；t
rh
和t
rc
分别为反射的L(0,1)导波在待检测管段(4)初始状态和腐蚀后的走时；C
gh
和C
gc
分别为L(0,1)导波在待检测管段(4)初始状态和腐蚀后的群速度；L
【专利技术属性】
技术研发人员：冯新，刘洋，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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