一种基于界面电磁波的埋地充液管道裂隙的检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于界面电磁波的埋地充液管道裂隙检测方法，所述管道包裹介质为无限孔隙介质，管道裂隙会使管道半径和管壁厚度发生改变；该方法用于研究埋地充液管道是否存在裂隙和确定裂隙位置的检测，包括：对预建立的无限孔隙介质包裹充液管道的模型进行理论分析得到界面电磁波波形曲线；获取被测充液管道界面上界面电磁波的实测数据，根据实测数据确定实际界面电磁波波形曲线；将实际界面电磁波波形曲线与理论界面电磁波波形曲线进行对比，由波形曲线中界面电磁波的到时来确定界面位置，根据界面位置来判断埋地充液管道是否存在裂隙和确定裂隙位置。在裂隙和确定裂隙位置。在裂隙和确定裂隙位置。

【技术实现步骤摘要】
一种基于界面电磁波的埋地充液管道裂隙的检测方法


[0001]本专利技术属于无损检测
，具体涉及一种基于界面电磁波的埋地 充液管道裂隙的检测方法。

技术介绍

[0002]管道结构长期使用过程中由于外力或周边环境影响下材料属性会发生 变化，这些材料属性的损伤具有很大的隐蔽性和危害性。如不及时发现， 其会继续恶化进而完全损坏，轻则影响生活生产造成经济损失，重则引起 安全事故危及生命。因此，在不影响其正常运行的情况下对各种结构的管 道检测，实时监测其损伤状况，具有重要的意义。
[0003]为满足各种复杂情境下的监测，无损检测技术具有低成本、非接触、 抗干扰、深层次以及快速简便等特点。基于电磁波传播特性和动电效应的 基本原理，通过研究界面转换电磁波在被检测管道作用下的传播特性来获 取其状态信息。一方面电磁波能与被检测对象产生相互作用，另一方面将 埋地管外的土壤、混凝土等包裹结构由现研究中的弹性介质等效为流体饱 和孔隙介质。这样既考虑了固体基质，也加入了流体，比弹性介质层的单 一固体基质更切合实际；同时可以根据电磁信号的变化推断出被监测对象 的质量情况。
[0004]近年来对于动电效应的研究备受关注，对于埋地管道的无损检测方面 研究较少，且多集中在地震勘探、医学和测井领域。因此很有必要研究孔 隙介质包裹下的埋地充液管道模型中界面电磁波的特性，分析管道半径和 管壁厚度对其影响。在研究过程中用孔隙介质来模拟管道外部土壤、混凝 土等包裹介质特性，将问题转化为孔隙介质包裹充液管道结构中界面转换 电磁波的特性问题。另外当管道中出现裂隙情况时，管道的半径和管壁厚 度就会发生改变。由此本文引入流体饱和孔隙介质中的动电效应模拟上述 情况，以更好地贴近实际的埋地充液管道结构，为后续的埋地管道检测提 供更加准确的理论参考，具有重要的实际意义。

技术实现思路

[0005]目的：为了克服现有技术中存在的不足，针对埋地充液管道的健康监 测以及裂隙，本专利技术提供一种基于界面电磁波的埋地充液管道裂隙的检测 方法，即用界面电磁波的特性判断埋地充液管道裂隙的方法，从而更好地 得到充液管道的传输情况，更有效地对充液管道进行质量监测和维护。
[0006]技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种埋地充液管道裂隙的检测方法，其特征在于，所述管道包裹介质 为孔隙介质，裂隙将使管道半径和管壁厚度发生改变；
[0008]对建立的孔隙介质包裹充液管道的模型进行理论分析得到理论界面电 磁波的时域波形；
[0009]获取被测充液管道上界面电磁波的实测数据，根据实测数据确定实际 界面电磁波波形曲线；
[0010]将实际界面电磁波波形曲线与理论界面电磁波波形曲线进行对比，由 波形曲线中的界面电磁波的到时来判断确定管道与包裹介质的界面位置；
[0011]根据波形曲线中界面电磁波的到时差判断是否存在裂隙以及确定其位 置。
[0012]具体包括以下步骤：
[0013](1)根据实际情况建立孔隙介质包裹充液管道的理论模型；
[0014](2)根据垂直割线积分理论，采取计算电场支点割线积分的方法来计 算界面电磁波的时域波形；
[0015](3)对比分析管道半径和管壁厚度对界面电磁波的影响；
[0016](4)获取被测充液管道界面上界面电磁波的实测数据，通过实际装置 测量得到界面电磁波的时域信号，加上波形曲线中界面电磁波的到时以及 管道半径和管壁厚度对纵、横波波速影响的曲线图分析得到管道与孔隙介 质的界面位置；
[0017](5)根据被测充液管道与孔隙介质的界面位置判断充液管道是否出现 裂隙。
[0018]步骤(2)所述的孔隙介质包裹充液管道的理论模型中界面电磁波是由 与最外层无限孔隙介质相对应的电场支点
±
k
em2
割线积分计算得到。
[0019][0020]其中，I为电场支点
±
k
em2
割线积分值，i为虚数单位且ω为 角频率，μ为磁导率，k为波数，波数表示为在波的传播方向上单位长度内 的波周数目，z为轴向参数；A
+
(k，ω)和A
‑
(k，ω)分别为割线右侧和左侧的电磁 响应数值；η
+
和η
‑
分别为割线右侧和左侧的电磁径向波数值；积分区间为从 电磁波分支点到正无穷大的积分路径。通过求解以上，得到电磁波分支点 的割线积分值，进而得到界面电磁波响应。
[0021]使用的有限元仿真软件为MATLAB软件，仿真过程中设置的孔隙度为 0.2。
[0022]作为优选方案，所述的埋地充液管道裂隙的检测方法，所述被测充液 管道上设置有信号发生器和电磁波接收器，所述信号发生器在被测充液管 道的中心原点处激发超声导波，所述电磁波接收器从管轴上进行多组信号 采集进而获取实测数据。
[0023]进一步的，所述电磁波接收器从管轴上距离声源1.5m、2.0m、2.5m、 3.0m不同位置进行信号采集。
[0024]作为优选方案，所述的埋地充液管道裂隙的检测方法，其特征在于， 获取的实测数据为时域波形。
[0025]进一步的，所述时域波形通过示波器提取接收。
[0026]有益效果：本专利技术提供的基于界面电磁波的埋地充液管道裂隙的检测 方法，通过对所建立的无限孔隙介质包裹充液管道的模型进行理论分析得 到理论界面电磁波波形曲线，并通过向被测充液管道激发超声导波获得实 测数据来确定实际界面电磁波波形后，将实际界面电磁波波形与理论界面 电磁波波形曲线进行对比，由波形曲线中界面电磁波的到时来确定界面位 置，根据界面位置来判断埋地充液管道是否存在裂隙和确定裂隙位置，能 更好地得到充液管道是否发生泄漏的实际情况，有利于埋地充液管道进行 质量监测和维护。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例的检测方法流程图；
[0028]图2为实施例中实例模型示意图；
[0029]图3为实施例中垂直割线积分支点分布示意图；
[0030]图4为实施例中接收器与声源不同距离下界面电磁波波形图；
[0031]图5为实施例中距声源1.5m处不同半径下的界面电磁波波形图；
[0032]图6为实施例中距声源1.5m处不同管壁厚度下的界面电磁波波形图；
[0033]图7为实施例中距声源1.5m处管道出现完全裂隙的界面电磁波波形图。
具体实施方式
[0034]下面结合具体实施例对本专利技术作更进一步的说明。
[0035]如图1所示，本实施例一种埋地充液管道裂隙的检测方法的流程图。
[0036]实施例选取无限孔隙介质包裹充液管道结构，设置的数学模型如图2 所示。
[0037]对该结构进行界面电磁波频响应的推导，具体的推导过程如下：
[0038]在均匀孔隙地层当中，Pride声电耦合波控制方程组的表达形式为：
[0039][本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种埋地充液管道裂隙的检测方法，其特征在于，所述管道包裹介质视为孔隙介质，裂隙将使管道与孔隙介质的界面位置发生改变；对预建立的孔隙介质包裹充液管道的模型进行理论分析得到界面电磁波波形曲线；获取被测充液管道界面上界面电磁波的实测数据，根据实测数据确定实际界面电磁波波形曲线；将实际界面电磁波波形曲线与理论界面电磁波波形曲线进行对比，由波形曲线中界面电磁波的到时来判断确定管道与包裹介质的界面位置；当管道与包裹介质的界面位置大于或者小于管道外径，说明管道出现了裂隙，根据波形曲线中界面电磁波的到时差来确定裂隙的位置。2.根据权利要求1所述的埋地充液管道裂隙的检测方法，其特征在于，包括：(1)根据实际情况建立孔隙介质包裹充液管道的理论模型；(2)根据垂直割线积分理论，采取计算电场支点的割线积分方法来计算界面电磁波的时域波形；(3)对比分析管道半径和管壁厚度对界面转换电磁波的影响；(4)获取被测充液管道界面上界面电磁波的实测数据，通过实际装置测量得到界面电磁波的时域信号，加上波形曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏娜娜，韩庆邦，钱佳文，钱昕彤，柏乐，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：