[發明專利]基于SH導波頻散測量管道厚度的方法

有效

• 申請號: 202110849350.5
• 申請日: 2021-07-27
• 公開（公告）號: CN113639680B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 崔志文;龍云飛;劉金霞
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01B17/02
• 分類號: G01B17/02
• 代理公司: 北京商專潤文專利代理事務所(普通合伙) 11317
• 代理人: 王祖悅

本公開提供了基于SH導波頻散測量管道厚度的方法，包括對柱狀單層彈性介質外壁上環形剪切源激發的SH波場進行求解；通過近似方法求得SH波場的頻散曲線近似解析解；根據近似解析解推導給出管道厚度及橫波速度反演公式；通過實軸積分法進行SH波場時域全波波列的數值模擬，得到全波波列數據；通過頻率波數法利用全波波列數據獲取頻散曲線；將相鄰兩階頻散曲線上的所有連續數據點代入管道厚度及橫波速度反演公式進行計算，得到反演結果。本公開估測結果更加準確；無需事先已知被測材料聲速，降低測量要求，提高測量方法的適用性；對管道材料無要求，能廣泛適用于各種材質的管道測量；可測量厚度范圍較大，準確度較高。

技術領域

本公開涉及管道厚度測量技術領域，尤其涉及基于SH導波頻散測量管道厚度的方法。

背景技術

隨著工業現代化進程的加快，無損檢測技術越來越受到大家的關注。在眾多設備、管道、器件的制造和維修時，必須測量其厚度以確認規格大小、腐蝕情況、磨損情況，以保證產品質量和生產安全。其中管道的腐蝕檢測在工業生產和運輸中尤為重要。在管道使用年限較長時，由于內外部環境的原因可能造成管道腐蝕，導致管道壁逐漸變薄，進入事故高發期。因此需要測量管道厚度，確定管道腐蝕情況，及時發現風險，保證管道安全。

根據測量原理的不同，常用的測厚方法主要分為：(1)超聲波測厚。在被測材料表面激發超聲波，傳播過程中遇到另一界面會發生反射，通過測量間隔時間并與已知的被測物體的波速相結合計算被測物體厚度。(2)磁性測厚。當導磁材料的表面覆蓋有非導磁薄層時，測量該材料磁阻，結果會隨表面的非導磁薄層厚度變化而發生變化。利用此方法便可反演出該導磁材料的表面覆蓋的非導磁薄層厚度。(3)渦流測厚。當金屬表面含有覆蓋層時，將高頻通電線圈放置在其表面，會在金屬中產生渦流，此渦流的磁場又反作用于高頻通電線圈，改變其阻抗值。通過測量其阻抗的變化值可反演金屬表面覆蓋層厚度。(4)同位素測厚。材料對于輻射的吸收與散射會隨著材料厚度變化而發生變化，通過測量對輻射的吸收與散射情況可反演薄板、薄層類材料厚度。

但以上每種測厚方法都有其局限性。磁性測厚僅適用于導磁材料；渦流測厚僅適用于金屬材料；同位素測厚僅適用于較薄的被測材料。超聲測厚適用性較廣，但該方法通常需要事先已知被測材料聲速，但在實際生產生活中，無法確保所有被測材料的聲速全部已知且準確。部分彈性材料的聲速受壓力，溫度影響較大，部分孔隙材料的聲速受其孔隙度、彎曲度等孔隙參數影響較大，若無法已知被測物體的準確聲速，使用傳統超聲測厚法會產生較大誤差。

發明內容

本公開的目的是要提供一種基于SH導波頻散測量管道厚度的方法，可以解決上述現有技術問題中的一個或者多個。

根據本公開的一個方面，提供一種基于SH導波頻散測量管道厚度的方法，包括以下步驟，

對柱狀單層彈性介質外壁上環形剪切源激發的SH波場進行求解；

通過近似方法求得SH波場的頻散曲線近似解析解；

根據近似解析解推導給出管道厚度及橫波速度反演公式；

通過實軸積分法進行SH波場時域全波波列的數值模擬，得到全波波列數據；

通過頻率波數法利用全波波列數據獲取頻散曲線；

將相鄰兩階頻散曲線上的所有連續數據點代入管道厚度及橫波速度反演公式進行計算，得到反演結果。

在可能的實施方式中，對柱狀單層彈性介質外壁上環形剪切源激發的SH波場進行求解包括，

設χ為彈性介質的剪切橫波勢，則χ滿足：

式中，c_s為彈性介質的橫波速度；