[发明专利]一种基于LFM信号互相关相位特性的超声波测厚方法

说明书

本发明公开了一种基于LFM信号互相关相位特性的超声波测厚方法，该方法是采用LFM(线性调频)信号作为超声波测厚的发射信号，在接收到回波信号后对回波信号进行匹配滤波，基于LFM信号互相关相位特性估计LFM声信号在油气输送管道管壁内外表面之间的传播时间，最后结合预置的声速求得管壁厚度。本发明对比现有技术，有测量精度高、采样率要求低、发射功率要求低、抗噪声干扰能力强、多径容忍度高等特点。

技术领域

本发明涉及超声波测厚技术领域，具体涉及一种基于LFM信号互相关相位特性的超声波测厚方法。

背景技术

在石油化工行业，需要对油气输送管道进行定期的检测，以防止管道因外界电化学等作用而遭受腐蚀。管道因腐蚀而产生破损，具有一定的危险性，轻则产生油气泄漏而污染环境，重则产生爆炸而危害人们的生命财产安全。在针对管道腐蚀问题通常采用超声波测厚技术对管壁厚度进行定期检测，根据管壁厚度的变化程度，判定油气输送管道的腐蚀程度。目前，超声波测厚技术已经在长输管线和海上管道得到广泛应用。超声波测厚技术是一种主动式无损检测技术，具有定位精度较高、检测成本较低、无需拆除防腐层，可实现管壁100％检测等特点。

超声测厚技术按测量原理不同可分为共振法、兰姆波法和脉冲发射法三种。其中的共振法以及兰姆波法都对待测物体表面光洁度要求较高，不适用于对油气输送管道这类带漆面且表面可能存在腐蚀现象的材料进行检测。脉冲发射法的原理是通过估计短脉冲声信号在油气输送管道管壁内外表面之间往返一次的传播时间来求得工件的厚度。相对于前两种方法而言，脉冲反射法原理简单，实现方便，对管道的表面光洁度要求不高，可测粗糙表面、凹面以及带漆面材料，适用范围广，是现在应用最为广泛的一种方法。

但是，这类采用短脉冲信号作为发射信号的超声测厚技术通常具有发射信号持续时间较短、占空比较低等特点。根据数字信号处理理论，基于这类采用短脉冲信号作为发射信号的超声测厚技术有以下缺陷：

(1)测量精度低，根据香农信息论和参数估计理论，单一频率的短脉冲信号的时宽—带宽积小，回波能量小，回波检测的精度低。目前常用的超声波测厚装置的测量误差一般为5％，测量精度有待提高。

(2)探测深度短，脉冲持续时间越短，所携带的能量就越低，易受到信号幅度衰减的影响，从而导致较短的探测深度，不利于测量深埋管道的管壁厚度。

(3)对噪声敏感，对测量环境有一定的要求，因为采用短脉冲信号作为发射信号的超声测厚技术对声信号在管壁内的传播时延估计是基于声压(即幅度)特征的，在信噪比较低的环境下，容易受噪声干扰。

(4)多径容忍度低，单一频率的短脉冲信号受不同回波路径而产生的多径干扰影响较大，抗干扰能力弱，易造成回波信号的误检或漏检现象。

发明内容

本发明目的在于克服采用短脉冲信号作为发射信号的超声测厚技术的不足，提出一种基于LFM信号互相关相位特性的超声波测厚方法。该方法是采用LFM(线性调频)信号作为超声波测厚方法的发射信号，在接收到回波信号后对回波信号进行匹配滤波，基于LFM信号互相关相位特性估计LFM声信号在油气输送管道管壁内外表面之间的传播时间，最后结合预置的声速求得管壁厚度。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：