[发明专利]一种基于管道轴向局域扫描的超声导波长距离检测方法

说明书

本发明公开了一种基于管道轴向局域扫描的超声导波长距离检测方法，属于超声无损检测领域。本发明首先用超声导波探头在被测管道上进行局部区域的一维轴向扫描，在不同位置获得一组超声导波的长距离检测时域信号，再对所得到的时域信号集进行频率—波数域二维滤波处理获得降噪和去除干扰信号的检测信号集，最后通过延时叠加虚拟聚焦增强得到易于分析的单模态时域信号，获得高信噪比导波检测信号。本发明对于长距离管道的超声导波检测，可有效大幅度提高检测信号信噪比、剔除干扰模态的影响、降低长距离导波传输的频散影响等优点，进而提高对于长距离管道缺陷的检测灵敏度。

技术领域

本发明涉及超声导波无损检测技术领域，具体涉及一种基于管道轴向局域扫 描的超声导波长距离检测方法，可实现对于长距离管道导波检测信号的模态提纯、 降噪和回波区分。

背景技术

管道结构被大量应用于如石油化工、电力能源等各重要工业领域，在长期服 役过程中，受到热应力、流体冲刷等作用，管壁易发生腐蚀和裂纹等各类缺陷， 为避免此类缺陷引发管道开裂、泄漏等问题，对其定期进行高效的无损检测十分 具有必要性。超声导波无损检测技术利用了导波会沿着薄壁、薄壳、管道等波导 结构的延伸方向上能够长距离、大范围传播的特点，通过单点检测即可实现对于 波导结构内全域含有的体积型缺陷的检测。超声导波检测技术具有检测范围大、 检测效率高、检测可达性好等优势，于近些年已在长距离管道检测中被广泛应用。

长距离管道在超声导波可检范围内除了潜在的待检缺陷，还存在大量的焊缝、 支撑物及卡件、支管及端口、大曲率弯曲段等干扰因素，均会影响导波在传播过 程中的反射回波、传播方向、频散和模态转换等特性。这些因素导致超声导波时 域信号存在大量不明机理的多模态回波信号，使得对于长距离管道的缺陷识别和 定位非常困难，传统的单点导波检测方法和信号处理方法均具有一定的局限性。 而如激光超声、电磁超声等非接触式超声检测技术日渐发展和成熟，为超声导波 检测方法和技术实现提供了更多的可行性，最为显著的优势就是易于实现高效检 测和自动化扫描。由于扫描检测可为导波检测提供更多的空域信号特征，因此基 于扫描的导波检测方法为突破单点检测的瓶颈提供了可能。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于管道轴向局域扫描的超声导波长距离检测方 法，可实现对于长距离管道导波检测信号的模态提纯、降噪和回波区分。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于管道轴向局域扫描的超声导波长距离检测方法，包括以下步骤：

S1.将超声导波探头安装于管道扫描区域，设定扫描间距为Δx、扫描总长度 为L，沿管道轴向移动超声导波探头进行一维扫描检测；

S2.一维扫描获得各测点的导波时域信号s₁(t)、s₂(t)……s_n(t)，依序组成二维信号数据矩阵S(t,x)；

S3.对二维信号数据矩阵S(t,x)进行二维傅里叶变换，得到频率—波数域二维 信号矩阵U(f,k)；

S4.将超声导波探头所激励导波模态中的单一模态选取为用于检测的目标模 态，基于目标模态的频率、频带宽度、波数和波数带宽度构造二维窄频带、窄波 数带滤波器W(f,k)，对二维信号矩阵U(f,k)进行二维滤波处理，滤去干扰方向、 干扰模态和噪声信号成分，得到滤波后的频率—波数域二维信号矩阵U_w(f,k)， 即U_w(f,k)＝U(f,k)·W(f,k)；

S5.对二维信号矩阵U_w(f,k)进行二维反傅里叶变换，得到滤波后的二维信号 数据矩阵S_w(t,x)；

S6.从二维信号数据矩阵S_w(t,x)中分离出各测点的导波时域信号，通过延时 叠加运算得到最终导波时域信号s_w(t)。