[發明專利]基于橫波直探頭的管道缺陷周向導波無損檢測方法

在審

• 申請號: 201610028930.7
• 申請日: 2016-01-15
• 公開（公告）號: CN105698012A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 何存富;郭程;呂炎;張學聰;吳斌
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: F17D5/02
• 分類號: F17D5/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發明涉及一種基于橫波直探頭的管道缺陷周向導波無損檢測方法，該方法可用 于管道缺陷的無損檢測，屬于無損檢測領域。

背景技術

管道運輸在我國的國防建設和經濟建設中有著至關重要的作用。由于我國運輸管 線使用多年，現運輸管線逐漸出現老化腐蝕的現象，甚至發生了管道泄漏、斷裂乃至爆裂等 管線惡性事故，給國家帶來巨大的經濟損失，使周邊的生態環境受到破壞和污染，使人們的 安全和財產受到損失與威脅。由于現階段我國對于管道的缺陷檢測方法有限，無法對管道 進行全面的檢測，也無法對腐蝕位置和泄漏點進行精確的定位，導致運輸管線維修困難，管 線盲目的被開挖報廢，浪費大量人力財力。所以研發一種實用、全面、效率高的管道缺陷無 損檢測技術是非常必要的。

現檢測管道缺陷所用的導波主要分為兩類，柱面縱向導波和周向導波。柱面縱向 導波目前國內外研究較多，并已經應用于工程檢測。但是隨著運輸管道壁厚的增加，柱面縱 向導波衰減較大，檢測能力有限，波形比較復雜，缺陷信號不易識別，并且存在一定的檢測 盲區。除此以外，柱面縱向導波對管道周向缺陷較為敏感，檢測靈敏度較高，但其對運輸管 道上的軸向缺陷并不敏感，使得軸向缺陷在檢測中不容易被識別。本發明將基于橫波直探 頭激勵周向導波檢測管道典型缺陷，通過改變橫波直探頭的布置方向即可激勵出不同的周 向導波模態以用于無損檢測不同類型的缺陷，克服了柱面縱向導波對于軸向缺陷不敏感的 問題，有效提升檢測效率。

發明內容

本發明旨在提出一種導波缺陷檢測方法，特別是基于橫波直探頭的管道缺陷周向 導波無損檢測方法。將橫波直探頭置于待測管道表面作為激勵傳感器，利用中心頻率與布 置方向均相同的橫波直探頭置于管道表面作為接收傳感器來接收超聲波信號。橫波直探頭 有其固定的偏振方向，通過改變橫波直探頭的布置方向，激勵不同周向導波模態進行管道 缺陷無損檢測。此方法可提高管道缺陷檢測效率，克服柱面縱向導波對軸向缺陷不敏感的 問題，檢測信號信噪比高，極大保障管道運輸安全。

本發明采用的技術方案如下：

本發明所采用的基于橫波直探頭的管道缺陷周向導波無損檢測裝置具體參見圖 1，包括任意函數信號發生器1、功率放大器2、數字示波器3、發射信號橫波直探頭4、接收信 號橫波直探頭5、計算機6、管道7。其特征在于：任意函數信號發生器1的輸出端分別與功率 放大器2以及數字示波器3的輸入端連接，發射信號橫波直探頭4置于管道7的外壁并與功率 放大器2的輸出端連接，接收信號橫波直探頭5置于管道7的外壁，與數字示波器3連接，計算 機6與數字示波器3連接。

其中發射信號橫波直探頭4與接收信號橫波直探頭5中心頻率均為500kHz，由人工 按壓在管道7表面，通過專用耦合劑耦合在管道表面。發射信號橫波直探頭4用于激勵周向 導波，接收信號橫波直探頭5用于接收周向導波。

本發明提出的基于橫波直探頭的管道缺陷周向導波無損檢測方法其具體實現步 驟如下：

步驟一：檢測系統搭建，具體參見圖1。

步驟二：運用數值計算軟件，基于管道物理參數密度ρ、縱波速度c_L和橫波速度c_s， 尺寸參數管道內徑r₁和管道外徑r₂建立管道結構波動模型和周向導波的頻散方程，對頻散 方程進行數值求解，繪制管道周向導波群速度曲線。

步驟三：根據步驟一得到的周向導波群速度曲線選擇適合管道缺陷無損檢測導波 模態的激勵頻率，并提取在此頻率下各個周向導波模態的群速度v_g。

步驟四：在步驟二中選擇的頻率下，繪制所在頻率下各個周向導波模態的波結構 圖。分析各周向導波模態的軸向位移、周向位移和徑向位移，確定相應周向導波模態的激勵 方法，確定橫波直探頭的偏振方向與激勵周向導波典型模態的關系。

步驟五：由任意函數信號發生器1產生漢寧窗調制的特定周期的正弦波激勵信號， 分別輸入至功率放大器2與數字示波器3。經過功率放大的激勵信號輸入發射信號橫波直探 頭傳感器4，發射信號橫波直探頭4以步驟三確定的偏振方向進行布置，激勵相應模態的周 向導波。接收信號橫波直探頭5與發射信號橫波直探頭4布置方向相同，接收相應模態周向 導波。通過分析接收信號中的反射回波到達接收點的時間，確定管道缺陷位置。

本發明具有以下優點：