[发明专利]一种管道损伤声子能量波诊断系统及定位方法

说明书

本发明公开了一种管道损伤声子能量波诊断系统及定位方法，该方法中所涉及的管道损伤声子能量波诊断定位检测系统包括两组声子信号收发模块、数字示波器、数字信号发生器、数据采集计算机、数据采集卡、电压转换集成板、数据分析计算机等装置。声子信号收发模块可根据管道长度自由贴合以适应不同长度的管道检测需求，将采集的信号数据在数据处理计算机中处理分析，在频域下对不同频率采集到的数据分组进行数值取点，利用数学统计法计算管道缺陷位置与声子信号发射模块距离的数学特征关系，并以此作为实验对比样本再进行相同工况下其他待测管道实验，计算结果对比样本数据从而实现管道缺陷的定位。

技术领域

本发明属于针对特种设备钢质管道的无损检测领域，专利涉及固体物理学、电磁学、信息传输与收集、信号处理、数学统计与样本学等多学科领域，所涉及的管道损伤声子能量波诊断定位检测系统可用于钢质管道的缺陷检测，根据管道管径和长度可自由调节检测距离，特别是穿跨越管道，属于特种设备无损检测新领域。

背景技术

油气管线检测方面已有了多种检测技术，其中无损检测技术因其相对成熟的体系被广泛应用于管道缺陷检测中。无损检测是非破坏性检测技术，基于不损伤或不影响检测对象使用性能的前提，利用光、热、磁、声学等领域理论知识结合相应仪器检测材料表面及内部缺陷，从而确定检测对象的状态。常用于管道的无损检测方法包括：超声波检测技术、漏磁检测技术、涡流检测技术、射线检测技术等方法，其对检测对象以及对象缺陷类型敏感，不适合所有管道缺陷检测，并且全方位检测非开挖管道的运行成本高、工艺复杂，不能及时监测材料缺陷的发展，以致产生材料仪器报废的现象。

不同的检测技术根据其原理的差异，检测特点也各不相同。在实际应用中，往往对于较大的损伤比较敏感，损伤的初期萌生阶段的识别效果不是很好。声子能量波的材料损伤检测方法有效填补了这方面的空白，它能检测到材料细微损伤产生的声子能量波，做到早期识别提前预防的作用。在固体物理理论体系中，声子能量是指晶格原子间键的能量，即固有在物体材料内部的能量。其在外界的碰撞、加载、拆卸过程中使材料内部晶格振动，能量局部集聚激发管体材料原子键间的声子格波能，产生声子辐射场，利用管道损伤声子能量波诊断定位检测系统通过检测声子能量波从而监测材料状态，通过数学统计法计算管道缺陷位置与声子信号发射模块距离的数学特征关系从而判断并定位缺陷。

发明内容

本发明公开了一种管道损伤声子能量波诊断技术及定位方法，该诊断系统及定位方法结合固体物理学声子理论、电磁学及数学统计等多学科相关知识体系，其数据采集与处理方法科学严谨，缺陷检测准确。由两组声子信号收发模块贴合于管道管体两侧，可自由调节安装方式以适应不同管径与长度的管道检测需求，调节检测探头分布方式以达到最佳检测效果。

材料晶格振动时产生声学格波和光学格波。其分别对应了声学声子和光学声子。声学格波可近似为弹性波，离子晶体容易产生极化电场，光学横波与电磁场进行耦合，其具有电磁性质，称为电磁声子；电磁声子可与电磁波相耦合，并影响作用于待检测管道上的电磁波的信号特征，通过采集管道中的电磁波信号，对采集的数据进行分组处理与对比，经数学统计与样本法计算管道缺陷位置与声子信号发射模块距离的数学特征从而判断并定位缺陷，达到检测和监测目的。

固定管体一侧的收发模块贴片天线并测量其相对缺陷的距离L₀，将管体另一侧收发模块贴片天线相对缺陷位置的距离记为L₁，进行一组不同激励频率信号的收发采集工作，移动收发模块贴片天线距离并记为L₂做采集工作，依次递增相同距离分别记录其相对缺陷位置的距离为L_3(4.5.6...)，将不等距离采集的数据在频域下同一坐标系内处理，选择主频附近相同位置提取幅值v数据并统计。