气体管道泄漏声发射单一非频散模态定位

针对气体管道泄漏声发射信号的多模态、频散特性导致互相关泄漏定位误差大的问题,提出采用单一非频散模态提取的气体管道泄漏声发射定位方法。对检测信号的互谱加窗,并根据模态波数确定窗参数,可获得泄漏声发射信号的单一非频散模态导波的互谱。对单一非频散模态导波的互谱进行傅里叶反变换,得到泄漏声发射中单一非频散模态信号的互相关函数以及时延估计,就可以采用单一非频散模态声速,更准确计算出泄漏位置。对气体管道泄漏进行定位实验,相比用未经分解的泄漏声发射信号进行定位,由于声发射单一非频散模态信号的相关性增强,且选用的声速更准确,定位相对误差平均降低7%以上。这表明,通过提取泄漏信号互谱的单一非频散模态成分进行时延估计,可以提高泄漏检测的有效性和减小定位误差。     

基于导波理论的管道泄漏声发射定位新技术研究

由于泄漏声发射信号的多模态特性和在管道内传播过程中的频散特性,使得通过相关分析进行管道泄漏定位的效果很差。根据模态声发射理论,将圆管中导波传播理论应用于管道泄漏的声发射检测,建立了管道中泄漏声发射信号的多模态传播模型。利用管道中导波传播的频散特性,在提取单一模态导波基础上,提出了一种实用的声发射泄漏定位方法。 泄漏定位试验证明了该方法的有效性。     

气体管道泄漏模态声发射时频定位方法

针对声发射信号频散特性导致基于时延估计的气体管道泄漏定位误差大的问题,提出一种基于模态声发射时频分析的泄漏定位方法。该方法采用平滑伪Wigner-Ville时频分布对两泄漏信号的互相关函数进行时频分析,利用互相关函数的时频谱可同时提取泄漏信号的时间延迟和与之对应的频率;然后根据泄漏声发射信号的主导模态的频散曲线即可确定该频率对应的声速,利用实时确定的声速和时间延迟并根据两传感器之间的距离即可确定泄漏点的位置。实验结果表明,采用时频分析的气体管道泄漏定位误差与互相关相比减少了6倍。所提出的模态声发射时频定位方法能有效抑制泄漏信号的频散,提高泄漏信号的相关性,从而更适合用于声发射管道泄漏定位。     

管道声发射信号衰减特性随管道壁厚变化研究

为了建立压力管道泄漏声发射衰减定位模型,需要开展压力管道泄漏声发射试验研究。由于试验管道无法按1∶1比例采用核电站压力管道原型,有必要针对相同材质和加工工艺、不同壁厚和外径的金属管道,获取声发射信号在不同壁厚的金属管道中的传播特性规律及差异,揭示金属管道壁厚对声发射波传播衰减的影响。分别采用3种不同尺寸规格的金属管道作为试验对象,运用声发射探测技术获得声发射信号沿着不同壁厚的金属管壁传播的衰减规律,揭示了金属管道壁厚对声发射波传播的影响。结果表明,管道声发射信号的衰减特性随着管道壁厚的不同而变化,在薄壁管中声发射波在传播路径中会产生模式转换,即发生频散现象,各种模式的波相互叠加使信号幅度沿着传播路径未呈单调衰减趋势,用声发射信号的衰减特性做定位时须考虑这一点。     

基于模态分析和小波变换的声发射源定位新算法研究

针对传统声发射源定位中，声发射信号到达传感器的时间受设定门槛电压影响很大，导致声发射源定位效果较差，提出了一种声发射源定位新方法。根据模态声发射理论，携带声发射源信息的声发射信号在结构中传播过程中，具有频散现象和多模态特性。因此，声发射源定位应基于同一频率下、同一模态导波到达各个传感器的时间和传播速度。通过对声发射信号进行Gabor小波变换的方法，在时频空间内确定某一频率下某一模态导波到达传感器的时间；并通过数值计算得到该频率处模态导波的群速度，从而实现声发射源的准确定位。通过薄板中声发射线源定位试验，证明了该定位算法的有效性。     

基于小波包熵与Gabor小波变换的管道连续型泄漏源定位

针对压力管道泄漏声发射信号的含有高频噪声、多模态以及频散现象,影响对泄漏源定位精度的问题。研究了一种基于Gabor小波变换与小波包熵值降噪相结合的方法对泄漏源进行定位。首先对采集的泄漏信号进行小波包熵值降噪以滤除背景噪声,其次对降噪后的信号进行Gabor小波变换获得其在特定频率下的时间-频率空间分布,确定不同模态信号到达同一个传感器的时间差,并结合压力管道的频散曲线特性确定该频率下不同模态的群速度,最终实现对管道泄漏源的精确定位。     

基于高频柱面超声导波的螺栓轴向应力测量

基于金属杆件中高频超声导波的传播特性,提出使用柱面导波高阶不同模态群速度比值的单探头螺栓轴向应力测量方法。使用数值方法求解考虑晶粒散射衰减的Pochhammer-Chree方程,得到了导波群速度衰减系数频散曲线,并分析了其在高频区的传播规律。结合非线性声学以及弹性力学理论,推出基于群速度比值的螺栓轴向应力测量方法。搭建超声应力测量平台,讨论了脉冲超声激励下的实测导波信号特点并提出使用经验小波算法对信号进行模态分解,有效获取了信号中特定模态的群速度。使用该方法以及传统的纵横波声时比法进行了螺栓轴向应力对比标定和测量实验,结果表明前者平均测量误差约为4%,其精度明显高于传统方法(平均测量误差6%)且具有更简便的测量流程。     

液体载荷对声发射波传播特性的影响分析

固体结构在承受液体载荷作用时,声发射波的模态、频散特性和传播特性等均会受到一定的影响.本文对液体载荷作用下,声发射波在固体结构中的传播和衰减特性进行了理论分析和实验研究,并对几种不同模态的声发射波在液体管道中的传播和衰减特性进行了实验测量.研究表明:在对非液体载荷作用下的结构缺陷进行定位计算时,可采用固体中传播的纵波波速作为计算依据;而对于承受液体载荷的结构,则应采用液体中传播的纵波波速进行计算缺陷的位置.     

基于SH导波的防腐层能量密度检测机理研究

涂敷防腐层是确保油气管道完整性非常重要的手段,但因环境或外力等因素使防腐层产生剥离、孔洞等缺陷。本文针对埋地管道外涂防腐层轴向剥离、孔洞缺陷,利用粘弹性动力学理论建立能量平衡单元体F的双层结构波动模型,对单元体F的频散特性、能量密度和导波衰减进行理论分析和数值计算,并设计SH-EMAT换能器进行了防腐层剥离缺陷实验研究。研究表明:防腐层剥离程度可引起单元体F中各模态频散特性变化,防腐层剥离厚度越大,SH导波模态对应相速度、群速度越大,且差异显著。在一定频率范围内,其相速度与防腐层剥离缺陷尺寸成正比。导波能量衰减依赖于能量密度因子QE且独立于导波模态,能量密度趋向于防腐层等效粘弹性介质的剪切速度倒数;单元体F中能量密度因子QE的特征参数可为管道防腐层剥离、孔洞缺陷内检测的量化研究提供理论依据。     

包覆层性能对输气管道纵向模态导波传播特性的影响

对带黏弹性包覆层管道中纵向模态的传播特性进行了理论分析,对纵向模态尤其是L（0,2)模态的频散和衰减特性进行了研究。建立了沥青包覆层管道的三维有限元模型,研究了激励频率、包覆层密度以及包覆层纵波衰减系数对导波传播的影响,并在带沥青包覆层钢管中进行激励和接收 L（0,2)模态的实验。结果表明,在低频范围下,随着激励频率和包覆层密度的增大,L（0,2)模态受沥青包覆层的影响也增加,其能量衰减也逐渐增大;对于带沥青包覆层的管道,其衰减频散曲线可用作模态选取的理论指导,采用低频纵向模态超声导波对带低密度包覆层管道检测时效果较好。     

空心圆管中导波频散特性与检测频率选择

频散是长距离管道导波检测中影响检测频率选择的重要因素。通过分析空心圆管中纵向模态导波的频散特性,探讨导波检测常用模态L(0, 2)和L(0, 1)的频率选择问题。根据导波频散现象,建立缺陷回波分辨距离与激励信号参数间的量化关系,分析检测频率优化选择问题。以导波频散引起的信号分辨距离为依据,计算不同几何尺寸管道中L(0, 2)和L(0, 1)导波非频散段的限制频率。结果表明,限定或最小化缺陷回波分辨距离,可获得最佳的导波激励信号周期及检测频率或频段。随着管道几何尺寸变化,得到L(0, 2)和L(0, 1)导波频散特性变化的几个重要结论。当管道内径壁厚比不小于4时,L(0, 2)导波低限频率与管道直径的乘积约为4.0 MHz•mm,高限频率与壁厚的乘积约为1.06 MHz•mm。对于小口径管中的L(0, 1)导波,其高限频率与直径的乘积约为0.81 MHz•mm。这些简单的函数关系为管道检测时快速确定非频散段频率范围提供参考。     

频散补偿在导波缺陷形状辨识上的应用

针对超声导波具有的频散特性,导致导波缺陷检测信号波包在结构中传播时发生的展宽及衰减现象,研究了如何利用频散补偿技术对检测信号进行处理,将被频散特性淹没的缺陷信息再现,以实现缺陷形状的辨识问题.在进行实验验证的过程中,利用导波检测管道中的双槽形人工缺陷,通过改变端面加载的压电传感器位置,接收一组时域回波信号,根据波数-频率关系对导波传播过程中的频散进行补偿后,再现缺陷的形状特征.     

声发射检测信号分析及源定位方法研究

文中设计了一种可弱化噪声干扰和频散效应的定位算法,采用变分模态分解方法将声发射信号分解为若干个不同频带宽度的模态函数,并通过合并含有主要能量成分的模态函数获得声发射源信号的主要成分,最后采用互相关分析方法确定声源位置。实验结果表明,文中所提算法对声发射源定位是有效的、精确的,在一维和二维AE源定位实验中,文中所提方法综合定位误差在5%以内。     

基于导波频散特征的超声导波模态识别方法

针对超声导波检测应用中模态识别难的问题,提出一种基于导波频散特征的模态识别方法。通过估计导波信号的频散量来识别导波模态,而导波的频散量与该模态导波波数在激励频率处的二次泰勒展开系数有关。根据导波信号的频散特点,构造带时间斜变的Chirplet匹配原子库,基于该Chirplet原子库,对导波信号进行匹配追踪分解,并算得该导波信号波数在激励频率处二次泰勒展开系数的最优估计值,再根据预先算得的各模态导波的波数-频率频散关系,区分导波信号的不同模态。数值模拟和试验验证都表明,该导波模态识别方法是准确且有效的。而该方法的不足之处是尚不能识别混叠严重的导波信号。研究结果有助于提高人们对复杂导波检测信号的解析能力,并推动导波检测技术的推广应用。     

基于小波包和HHT变换的声发射信号分析方法

针对声发射管道泄漏检测过程中的噪声干扰问题,对基于小波包和经验模态分解(EMD)的声发射信号处理方法进行了研究.采用小波包分解算法和经验模态分解都可以对管道泄漏声发射信号进行分解,但分解结果却存在一定区别.EMD是近年来非平稳信号分析领域的一个突破,对管道泄漏声发射信号进行EMD分解后,选择包含声发射特征的若干固有模式函数(IMF分量)进行重构,可以提取到管道泄漏声发射信号的本质特征,消除噪声信号的干扰.相对小波包分解方法而言,对根据IMF分量重构的声发射信号进行相关分析计算,得到的管道泄漏点的位置更为精确.     

气体管道泄漏声源特性声发射试验研究

对气体管道泄漏孔处声源进行了声发射检测试验,分析了气体泄漏产生声发射的原因,通过对不同泄漏孔直径、不同泄漏内压情况下的声发射信号处理与分析,得出气体管道泄漏声源的频率范围及幅度随管道内部压力、泄漏孔径的变化影响规律,并与管道气体泄漏的数值模拟结果进行了对比分析,试验研究结果为气体管道泄漏声发射检测提供依据。     

基于磁致伸缩效应导波的数值模拟和实验研究

利用数值模拟和实验研究两种手段，从频散的角度分析了基于磁致伸缩效应的导波无损检测技术在圆管检测中的应用。参照数值计算结果，实验中采用不同频率激励纵向模态导波。通过实验对比发现，频率为f=20kHz左右时导波频散最小，且L（0，1）模态的导波适合用于管道检测。实验检测到的钢管不同孔径缺陷信号与数值模拟结果相吻合。     

基于声发射的CO_2运输设备泄漏检测和定位研究

为快速准确实现CO_2运输设备的泄漏检测和定位,提出了一种基于声发射的泄漏检测和定位方法。针对管道和储罐两种运输设备的物理特性,分别采用低频和高频声发射传感器采集声波信号,通过时域和频率特征来判断是否发生泄漏;然后为寻找泄漏源,提出了一维和二维定位简化模型,首先使用经验模态分解法(EMD)对泄漏信号进行了多层分解,然后采用到达时间差法(TDOA)和双曲线法进行泄漏源的定位。结果表明:CO_2泄漏信号与未泄漏信号在时域和频率存在明显区别,一维和二维定位模型能够有效地完成CO_2运输管道和储罐的泄漏定位。     

有源点激励有限长圆柱壳体辐射声场特性

理论研究单点激励和多点激励时有限长圆柱壳体辐射声场特性。采用Donnell壳体理论和模态分析法,建立单点激励和多点激励有限长圆柱壳体声辐射数学模型。根据声辐射计算数学模型,计算并分析单点激励和多点激励时圆柱壳体低频段声辐射近场和远场特性。研究结果表明:随着激励力频率的提高,圆柱壳体声辐射功率和辐射效率提高,辐射声压增大,且激励力作用方向为声能量主要辐射方向;在声辐射近场,频率越低声压衰减越快,且具有一定起伏变化特性;在声辐射远场,不同辐射方向声压变化规律不同,但其声压衰减规律都近似为球面波衰减。     

聚脲防腐管道中超声导波的缺陷检测研究

聚脲涂料作为近些年发展起来的新型防腐材料,现已广泛应用于管道内外壁的防腐保护。为了克服传统超声波检测效率低的短板,提出了超声导波检测技术对聚脲防腐管道中裂纹损伤的检测应用设想,利用数值仿真的方式对此展开研究。通过分析聚脲防腐管道的解析模型,借助有限元分析软件Abaqus,建立黏弹性-弹性复合材料的三维圆柱模型,并模拟不同激励频率下L(0,2)模态导波在其中的传播状态。结合频散和衰减特性两方面的研究,获取优化的激励频率,并对聚脲防腐管道进行不同类型缺陷检测的仿真分析和实验验证。研究结果表明,数值仿真结果与实验验证基本吻合,说明了超声导波对聚脲防腐管道的缺陷检测方法有效,同时也可实现对缺陷定位分析。