基于超声导波技术的管道缺陷定位方法研究及软件实现

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管道在石油、天然气、化工、地下水等管网中有着广泛的应用。因长期使用,管道的内壁不可避免地被冲刷、腐蚀,致使管壁变薄甚至出现裂纹,严重时会发生泄漏事故。因此,维护管道安全运行,防止各类事故的发生是关系到生产和人身安全的一项重要工作。超声导波检测技术是近年来的一个研究热点,凭借其高效、可检测管壁整个厚度等优势,已成为当前管道无损检测的重要手段之一。但是,目前国内应用该检测技术对管道缺陷的定位局限于轴向定位,缺少对周向定位的研究。   本文正是从此问题出发,根据相关检测理论、算法及实验室现有检测设备,以实现缺陷在管道中的定位为目标,主要做了以下几方面的工作:   1.根据实验室的现有检测设备,即便携式工控机,基于LabVIEW软件平台,开发超声导波专用检测软件,实现对管道的在线实时监测。软件提供了频域变换,希尔伯特变换,短时傅里叶变换,小波降噪等信号处理功能。此外,软件还具有实时存储、数据回放、光标设置等辅助功能。   2.针对管道缺陷的周向定位问题,将改进盲反卷积算法引入超声导波检测领域。改进盲反卷积算法由盲反卷积算法和相位解缠算法组成,其中,前者是通过对传感器阵列信号的数据处理,获得管道中缺陷的周向分布情况;后者是通过降低检测信号中相位缠绕带来的干扰,提高盲反卷积算法在周向定位上的准确度。   3.采用有限元软件ANSYS,建立一个带有通透型周向裂纹缺陷的管道模型,采用140kHz下的轴对称和非轴对称导波进行数值计算,并根据仿真结果进行了管道中缺陷的定位,证明了改进盲反卷积算法在管道缺陷周向定位上的可行性。   4.搭建试验检测系统,对含有裂缝缺陷的钢质管道进行试验研究。根据脉冲回波检测原理和改进盲反卷积算法,对检测信号进行分析与处理,采用轴对称纵向模态L(0,1)来确定缺陷的轴向位置;采用非轴对称弯曲模态F(1,3)来确定缺陷的周向位置。试验结果准确地反映出管道缺陷的周向和轴向位置。
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