[發明專利]基于圓窗分割相軌跡識別管道裂紋角度的方法及裝置

在審

• 申請號: 201410375069.2
• 申請日: 2014-07-31
• 公開（公告）號: CN104155368A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 楊飛;馬延鋆;嚴寅中;馬宏偉
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: G01N29/44
• 分類號: G01N29/44
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳燕嫻

技術領域

本發明涉及一種管道中裂紋角度信息的識別方法，尤其是一種基于圓窗分割相軌跡識別管道裂紋角度的方法，屬于管道運輸行業的損傷檢測技術領域。

背景技術

管道運輸被譽為繼鐵路、公路、航空、海運之后的第五大運輸工具，是城市生命線工程的重要主城部分，然而由于腐蝕、埋地(或架設)地區環境以及人為破壞等因素對管道的安全服役形成了潛在威脅。為此有必要對管道的損傷狀況進行分析識別。

為防止管道惡性事故的發生，我國每年用于油氣管道維修費用達數億元，且逐年增加。然而，由于受檢測手段的制約，管道損傷狀況多數不明，往往造成盲目開挖、盲目報廢，維修缺少科學性，從而造成人力、物力的巨大浪費。低頻應力波在有界結構中的傳播被稱為超聲導波，上世紀末，超聲導波被成功用于埋地管道及其它不易直接測量結構的無損檢測與評估中。超聲導波檢測可利用回波信號來分析，即當導波在傳播過程中遇到管道缺陷，會有部分導波發生反射，通過分析回波信號特征，可判斷出在距離測試點多遠的位置可能存在缺陷。與傳統超聲波檢測技術相比，超聲導波沿著波導結構長度方向激發，其檢測范圍是“線”而非“點”，其檢測范圍可達50～100m。由于應力波屬于體波傳播，因此它可以實現對結構表面和內部的全面檢測，且具有檢測速度快，檢測范圍廣且無需去除覆蓋層等優勢。

發明內容

本發明的目的是為了解決傳統超聲波檢測技術的缺陷，提供一種基于圓窗分割相軌跡識別管道裂紋角度的方法，該方法利用超聲導波掃描整段管道，可以識別管道中的裂紋角度信息，預判裂紋損傷程度。

本發明的另一目的在于提供一種基于圓窗分割相軌跡識別管道裂紋角度的裝置。

本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到：

基于圓窗分割相軌跡識別管道裂紋角度的方法，其特征在于包括以下步驟：

1)任意波形信號發生器生成需要的調制信號，通過功率放大器放大，再作用于管道一側端面的壓電環，激發超聲導波信號，使超聲導波遍歷管道的所有位置；

2)在距離激發端10mm處通過兩個相隔一段距離的壓電陶瓷傳感器收集回波信號，其中回波信號包含端面回波信號、噪聲信號和淹沒在噪聲中的缺陷回波信號；并通過數字示波器記錄超聲導波在管道中傳播的時間歷程曲線，由數字示波器將記錄的信息傳輸給計算機；

3)利用杜芬混沌系統對檢測回波信號進行計算得到超聲導波信號的相軌跡，再利用圓窗對相軌跡進行分割，將相軌跡劃分為圓窗內和圓窗外兩部分，實現從二維相圖到一維時間信號的轉換，根據圓窗邊界線方程判斷是否有損傷，若有，則提取進入圓窗的超聲導波信號時間點，通過兩個傳感器得到的裂紋信息的時間差，計算得到管道裂紋角度信息。

具體的，所述超聲導波信號的函數表達式為：

s(t)=[12(1-cos2πfctn)]sin(2πfct)---(1)]]>

其中，f_c為施加信號的頻率，t是時間，n是周期。

具體的，步驟3)所述利用杜芬混沌系統對檢測回波信號進行計算得到超聲導波信號的相軌跡，具體如下：

a)選取杜芬混沌系統，如下式：