基于時間反轉法的管道導波檢測技術研究.pdf

1、管道作為一種安全、經濟、便捷、對環(huán)境影響小的運輸方式，在氣體、液體、漿體等物品的運輸中得以廣泛應用，使其在國民經濟建設和國防建設中發(fā)揮著不可替代的作用。伴隨著管網(wǎng)的快速發(fā)展，其運行存在很大的安全隱患，由于管道老化或工作環(huán)境導致的管道腐蝕、穿孔等缺陷，成為長輸管線運行安全的主要隱患。目前，這種小缺陷、小泄漏的及早發(fā)現(xiàn)與準確定位是國際上長輸管線腐蝕泄漏檢測技術的難題之一。因此，研究長輸管線缺陷的檢測理論、檢測方法，實現(xiàn)對小缺陷的快速檢測及準

2、確定位，對于維護管道的安全運行，避免資源浪費，有著重要的理論意義和應用價值。 超聲導波具有沿傳播路徑衰減小，傳播距離遠的特點，在檢測信號中還可以包含從激勵點到接收點間的整體信息，非常適合長距離管道的缺陷檢測，日益受到關注。本文主要在時間反轉法的基礎上，提出一種基于時間——空間聚焦理論的管道大范圍超聲導波檢測技術，以提高缺陷檢測靈敏度，實現(xiàn)缺陷的軸向、周向定位，并為最終實現(xiàn)缺陷的辨識奠定基礎。主要工作如下： 1．基于時間反

3、轉法的管道導波檢測理論研究。 將缺陷看作一個被動的導波源，用傳遞函數(shù)的觀點，分析該波場信息經過時間反轉后，再次作為激勵信號產生的時間反轉波在管中的傳播方式：針對導波的頻散、多模態(tài)特性，以及導波模態(tài)的相位變化特征，分析了時間反轉波能量的時間——空間聚焦效應。結果表明，利用時間反轉聚焦效應，可提高管道導波缺陷檢測的能力，并實現(xiàn)缺陷的定位。 2．基于時間反轉法的管道導波缺陷檢測方法研究。 采用薄殼和厚殼模型，用有限元方

4、法模擬了管道中的通透缺陷和非通透缺陷的時間反轉導波檢測過程，研究了時間——空間聚焦效應及時間反轉信號截取窗寬對檢測能力的影響。結果表明，與直接導波檢測方法相比，引入時間反轉方法可顯著提高缺陷的檢測信號缺陷反射率，以獲得更強的缺陷檢測能力；缺陷造成的模態(tài)轉換現(xiàn)象和時間反轉信號截取窗寬大小，是影響時間反轉導波檢測能力的重要因素。 3．基于時間反轉法的管道導波缺陷定位方法研究。 由時間反轉激勵信號產生的導波的空間聚焦效應，提出

5、試驗與有限元方法相結合的管道缺陷周向定位方法；研究了管道中單缺陷、雙缺陷的定位問題，并分析傳感器陣列中圓周分布的傳感器個數(shù)對圓周位置分辨率的影響。分析表明，該方法可實現(xiàn)管中單缺陷、不同位置雙缺陷的定位，且隨著傳感器個數(shù)增加，圓周定位精度相應提高。 4．管道導波檢測中的缺陷辨識方法研究。 在基于頻散波形預測理論的管道導波缺陷成像方法的基礎上，對缺陷形狀特征進行分類：通過對不同缺陷的時間反轉導波檢測缺陷反射率隨時間反轉信號截

6、取窗寬變化關系的研究，確定了缺陷散射波場中各導波模態(tài)的能量分布規(guī)律。據(jù)此，提出了一種管道導波檢測中的缺陷辨識方法，并用聚類分析思想對此方法進行初步驗證。 5．管道導波檢測中的軸向位移圓周分布調制聚焦方法研究。 提出改進的基于缺陷反射回波的軸向位移圓周分布調制聚焦方法，并通過有限元分析和試驗加以驗證。對軸向位移圓周分布調制聚焦法和基于時間反轉法的導波檢測方法進行比較，結果表明，基于時間反轉法的導波檢測方法更有利于提高非對稱