基于時間反轉(zhuǎn)法的管道導(dǎo)波檢測技術(shù)研究.pdf

1、管道作為一種安全、經(jīng)濟(jì)、便捷、對環(huán)境影響小的運(yùn)輸方式，在氣體、液體、漿體等物品的運(yùn)輸中得以廣泛應(yīng)用，使其在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)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(yùn)行存在很大的安全隱患，由于管道老化或工作環(huán)境導(dǎo)致的管道腐蝕、穿孔等缺陷，成為長輸管線運(yùn)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(zhǔn)確定位是國際上長輸管線腐蝕泄漏檢測技術(shù)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(zhǔn)

2、確定位，對于維護(hù)管道的安全運(yùn)行，避免資源浪費，有著重要的理論意義和應(yīng)用價值。 超聲導(dǎo)波具有沿傳播路徑衰減小，傳播距離遠(yuǎn)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(guān)注。本文主要在時間反轉(zhuǎn)法的基礎(chǔ)上，提出一種基于時間——空間聚焦理論的管道大范圍超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)，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(chǔ)。主要工作如下： 1．基于時間反

3、轉(zhuǎn)法的管道導(dǎo)波檢測理論研究。 將缺陷看作一個被動的導(dǎo)波源，用傳遞函數(shù)的觀點，分析該波場信息經(jīng)過時間反轉(zhuǎn)后，再次作為激勵信號產(chǎn)生的時間反轉(zhuǎn)波在管中的傳播方式：針對導(dǎo)波的頻散、多模態(tài)特性，以及導(dǎo)波模態(tài)的相位變化特征，分析了時間反轉(zhuǎn)波能量的時間——空間聚焦效應(yīng)。結(jié)果表明，利用時間反轉(zhuǎn)聚焦效應(yīng)，可提高管道導(dǎo)波缺陷檢測的能力，并實現(xiàn)缺陷的定位。 2．基于時間反轉(zhuǎn)法的管道導(dǎo)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(zhuǎn)導(dǎo)波檢測過程，研究了時間——空間聚焦效應(yīng)及時間反轉(zhuǎn)信號截取窗寬對檢測能力的影響。結(jié)果表明，與直接導(dǎo)波檢測方法相比，引入時間反轉(zhuǎn)方法可顯著提高缺陷的檢測信號缺陷反射率，以獲得更強(qiáng)的缺陷檢測能力；缺陷造成的模態(tài)轉(zhuǎn)換現(xiàn)象和時間反轉(zhuǎn)信號截取窗寬大小，是影響時間反轉(zhuǎn)導(dǎo)波檢測能力的重要因素。 3．基于時間反轉(zhuǎn)法的管道導(dǎo)波缺陷定位方法研究。 由時間反轉(zhuǎn)激勵信號產(chǎn)生的導(dǎo)波的空間聚焦效應(yīng)，提出

5、試驗與有限元方法相結(jié)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(yīng)提高。 4．管道導(dǎo)波檢測中的缺陷辨識方法研究。 在基于頻散波形預(yù)測理論的管道導(dǎo)波缺陷成像方法的基礎(chǔ)上，對缺陷形狀特征進(jìn)行分類：通過對不同缺陷的時間反轉(zhuǎn)導(dǎo)波檢測缺陷反射率隨時間反轉(zhuǎn)信號截

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