[發明專利]基于超聲導波的管道缺陷成像方法

在審

• 申請號: 201710190196.9
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN107014905A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 竇林彬;姜銀方;嚴有琪;陳志偉;陳凱歌;毛亞東;雷玉蘭;張新;匡泓錦;蔣俊俊;陳波
• 申請（專利權）人: 江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院;江蘇大學
• 主分類號: G01N29/06
• 分類號: G01N29/06;G01N29/46
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 樓高潮

1.一種基于超聲導波的管道缺陷成像方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)將環形夾具安裝在被檢管道上并分別與激勵源、計算機和示波器連接

將環形夾具包覆在被檢管道的周向上并鎖緊，所述環形夾具的氣囊帶內側固定了沿被檢管道軸向彼此平行的多個傳感器單元，每一傳感器單元兩端分別設置了激勵傳感器和接收傳感器，形成了垂直于被檢管道軸線的激勵傳感器環和接收傳感器環；每個傳感器單元與基準傳感器單元的夾角分別為θ₁、θ₂…θN；激勵傳感器環輸入端與信號激勵源相連，接收傳感器環的輸出端與分別與計算機和示波器相連；對氣囊帶充氣，隨著氣壓的增大，多個傳感器單元均勻地壓在被檢管道的外周面上；激勵傳感器在激勵頻率為諧振頻率f的激勵信號下產生超聲導波，接收傳感器同時接收回波檢測信號來測定被檢管道的缺陷大小；

2)對各接收傳感器信號進行模數轉換

將各接收傳感器所得信號記為y_θ1…y_θN，y_θ是以時間t為自變量的函數，其表示距離管道端面為0時接收到的時域信號；

3)使用小波分解重構軟件對各檢測信號進行小波分解

選取與被分解的信號外觀相似的2-3層信號進行小波重構，濾去剩下的高頻和低頻噪聲信號；

4)對降噪后的各檢測信號y_θ進行快速傅里葉變換

將信號轉換至頻域F_θ，所述F_θ是以頻率w為自變量的函數，其表示距離管道端面為0時接收到的信號的頻率域；

5)對自變量θ再次進行快速傅立葉變換

在0-2f的頻率范圍內，提取信號中的每一相同頻率成分，以自變量θ再次進行快速傅立葉變換，得到每一頻率成分下，距離端面為0處的角譜A_z＝0，A_z＝0是以n為自變量的函數，其中n為激勵模態的周向階數，z代表距管道端面的距離；

6)按下式計算各頻率下z≠0處的角譜A

A是以n和z為自變量的函數：

7)疊加有效頻帶BE內z≠0的角譜數據

疊加有效頻帶BE內的z≠0的角譜數據其中，ω_M、ω_L為有效頻帶的上下限頻率。

8)角譜A_BE以n為自變量進行傅里葉逆變換

將經過有效頻帶疊加后的角譜A_BE，以n為自變量進行傅里葉逆變換，即可得到管道周向位置為θ，軸向任意位置處的導波聲場u；使用數值計算軟件matlab中的imagesc命令對導波聲場u進行成像，得到檢測圖，其中橫坐標為管道軸向，縱坐標為管道周向。以自變量n對每一軸向位置z處的角譜A_BE進行傅里葉逆變換。

2.根據權利要求1所述的基于超聲導波的管道缺陷成像方法，其特征是，步驟1)中所述的氣囊帶的充氣壓力0.08～0.12MPa。

3.根據權利要求1所述的基于超聲導波的管道缺陷成像方法，其特征是，步驟1)中所述的諧振頻率f是指缺陷波幅值最大時所用的檢測頻率。

4.根據權利要求1所述的基于超聲導波的管道缺陷成像方法，其特征是，步驟3)中所述的小波分解重構技術使用的小波函數為db或sym小波基函數，分解層數為6層以上。

5.根據權利要求1所述的基于超聲導波的管道缺陷成像方法，其特征是，步驟6)中所述k_n為導波的波數，由得到；k₀為激勵產生的軸對稱模態的軸向波數，由公式k₀＝ω/c₀計算得到，k_c為模態簇的周向波數，其由k_c＝r_c/n得到，r_c則為被測管道的中徑，c₀為所用導波的群速度。

6.根據權利要求1所述的基于超聲導波的管道缺陷成像方法，其特征是，步驟7)中所述的有效頻帶BE為以激勵頻率為中心的一個頻率范圍，其帶寬的大小等于中心頻率值的一半。