基于模态分离算法的管道焊缝缺陷周向定位研究

针对管道焊缝质量的检测问题,研究了一种基于超声导波的管道环焊缝缺陷周向定位方法,可快速确定管道焊缝中的缺陷周向位置。该方法基于超声导波模态分离算法,分离出焊缝回波信号中的对称、非对称模态,提取对称、非对称模态峰值,并利用非对称模态与焊缝中非对称缺陷的对应关系,确定缺陷所在周向位置。通过试验验证了该方法的正确性,并总结出可检测缺陷的范围。     

基于导波反射系数的管道缺陷周向定位研究

使用L(0,2)模态导波结合反射回波系数实现对管道裂纹缺陷的快速、准确定位。建立管道导波检测系统,激励L(0,2)模态导波,并采集管道裂纹缺陷的检测信号,编写MATLAB程序提取检测信号中裂纹处的反射回波系数,绘制裂纹周向反射回波系数曲线。结果表明:裂纹周向反射回波系数曲线呈现出不规则的环状,且在与裂纹周向相位相同的位置,反射回波系数明显最大。通过裂纹周向反射回波系数曲线较好地实现了周向定位。     

基于超声导波波谱法管道缺陷检测仿真研究

针对超声导波检测难以准确判定管道缺陷的问题,通过分析超声导波遇管道缺陷后其回波的传播,提出了以波谱法来定位和定量管道缺陷。采用ANSYS软件仿真了T(0, 1)模态超声导波在带缺陷管道中的传播,得到检测的幅值波谱图,发现波谱图中缺陷处的颜色总是最先变化;通过分析所有节点同一时间坐标信号的幅值,发现相对最大缺陷信号幅值,幅值衰减在1/10内的节点数与缺陷的周向尺寸之间存在确定的系数关系。     

基于小波能量系数和神经网络的管道缺陷识别

利用基于小波能量系数的BP神经网络方法对管道焊缝和管道凹槽进行分类识别。建立了导波检测系统,采集了管道凹槽缺陷和焊缝的多组检测信号样本,从信号样本中提取出小波能量系数,并将小波能量系数应用于BP神经网络的训练与识别。结果表明,该方法对管道缺陷的识别准确率较高,且识别效果稳定,在随机抽取信号样本进行的5次试验中,对焊缝和凹槽的最低识别准确率分别为92%和98%,最高识别准确率均为100%。     

基于模态对称算法的直管道导波缺陷检测研究

针对直管道超声导波检测较难靠近管道结构处缺陷的问题,研究并设计了模态对称算法用于抽离回波信号中的非对称模态,对处理得到的模态对称曲线信息进行分析并评估管道结构处的健康状况。同时,建立管道试验系统对管道近焊缝处的裂纹回波进行采集,通过处理发现带缺陷处的模态对称曲线出现明显升高,加大裂纹缺陷,发现模态对称曲线幅值随缺陷的圆周对称度的增大而升高。该方法为避免管道缺陷的漏检提供了新的技术支持,且实现了利用导波技术对直管道结构处的区域进行准确诊断。     

厚壁管道周向压电Lamb波缺陷图像增强研究

为解决厚壁管道周向压电Lamb波缺陷检测中非平稳信号引起的低信噪比和分辨率问题,利用相位相干成像算法(PCI)从Lamb波信号中提取相位信息构建相位相干因子,通过动态加权处理放大相位分布对超声图像像素幅值的贡献。一方面,该方法保留相位分布一致的缺陷回波幅值,增强缺陷信噪比。另一方面,该方法能通过增强孔径波束指向性,提高后处理图像的虚拟聚焦效果及横向分辨力。通过对外径269 mm、壁厚32 mm的带有20 mm横向裂纹缺陷的厚壁管道进行了探伤检测,对得到的信号进行图像重建。结果表明,PCI的信噪比为25.2 dB,较原始B扫描图像提高了15.6 dB,半波高水平宽度由47.3 mm缩小到22.4 mm,提升了横向分辨率,提高了对缺陷的识别度。     

基于压电超声导波的管道缺陷检测数值模拟

建立了压电材料与管道结构的超声与机械多物理场耦合有限元数值分析模型,采用ANSYS数值分析软件,在认识管道中导波频散特性的基础上,对利用压电陶瓷(PZT)激发的纵向导波进行数值模拟,探究压电超声用于管道损伤识别的机理。在管道模型的自由端周向分布16个PZT激励器激发入射导波,运用与之相距50mm处的PZT接收检测信号,对不同尺寸的单裂纹管道模型进行了数值模拟。结果表明,运用纵向导波检测能准确识别出管道缺陷的存在,且回波的幅值与缺陷尺寸有明显的正相关性,对接收信号时程进行分析可较准确地定位缺陷位置。     

基于超声导波的水下管道缺陷检测

文中介绍一套可拆式传感器系统设计与制作,利用超声导波原理对水下管道的腐蚀进行检测,基于厚度剪切模式的压电陶瓷和可拆式固定装置组成,可拆式传感器系统包括传感器PZT特别设计,并且可以把传感器装置夹在要检测的管道上。当对水下设备的管道进行了一系列的测试,结果表明传感器系统能够有效地激发和接收T（0,1）模式的超声导波,由于T（0,1）模式超声导波能够在水下管道上长距离传播,因此适用于缺陷检测。人为缺口的回波信号与缺口的尺寸以及位置具有良好的相关性。研究表明这一可拆式传感器系统能够利用导波有效地对水下管道进行检测。     

水下管道超声导波检测实验研究

扭转模态导波T(0,1)对液体载荷不敏感,其用于水下管道检测是一种具有潜在吸引力的导波模态。基于T(0,1)导波,研制了一套可用于水下管道检测的新型换能器阵列,并在实验室环境中进行了系列检测实验。换能器采用厚度剪切型压电陶瓷作为敏感元件。卡具装置采用模块化设计,模块间通过销轴连接。这种设计使换能器阵列具有一定的柔性,并可方便拆卸各模块以满足不同直径管道对于换能器数量的要求。实验结果表明,换能器阵列能在水下管道中高效激励和接收T(0,1)模态导波。模拟损伤回波信号到达时间和幅度较好地反映了损伤的轴向位置及大小。换能器阵列具有安装简单,使用灵活的特点,为水下管道超声导波检测提供了有效手段。     

基于导波模态对称曲线的管道近焊区缺陷识别

研究了模态对称曲线辅助识别管道近焊区缺陷的可行性。通过建立导波检测系统,基于导波模态对称检测理论,设计模态对称算法并绘制模态对称曲线,用于管道近焊区缺陷的识别,采集管道近焊区缺陷试验信号进行分析。结果表明,管道近焊区导波模态对称曲线幅值在缺陷处升高,且随着缺陷的截面积比的加大而增高。通过对回波信号进行小波包能量谱分析,发现回波信号的能量在缺陷处聚焦,验证了用模态对称曲线辅助识别管道近焊区缺陷的有效性。     

超声导波技术用于飞机结冰探测的实验研究

能有效地探测到由云层中的过冷水滴引起的飞机结冰是飞机安全飞行的必要保障。该文以超声导波和结构健康技术在3种传感器布局方式下,对所监控区域的结冰情况进行图像重构。实验结果表明,在圆形布局下结冰图像重构质量较好;在平行布局下,也能在平行线中心附近较好地反映结冰情况;在机翼布局下,能检测到结冰存在,并且能大致反映结冰程度最严重的区域。该文还利用了S0模态截断思想,能减小水或其他液体对重构图像质量的影响。     

基于PZT传感器的管道扭转模态激励效果研究

导波激励模态单一性与衰减特性是导波激励效果的重要指标。采用PZT传感器,在建立基于PZT-5材料传感器并置于管道一端均匀对称分布的导波激励系统的基础上,以模态单一性与降低衰减特性为目标,研究了在低频段内模态特性以及传感器对T(0,1)模态的影响,得出了激励T(0,1)模态的最优激励方案。