基于时间反转的单通道管道导波检测新方法

针对现有时间反转导波检测中的多通道时间反转信号激励的问题,通过对时间反转传感器位置与检测信号之间关系的研究,提出一种利用传感器位置差异补偿时间反转激励信号时间差的时间反转信号错时激励方法.在此基础上,通过合理安排各传感器的轴向位置,并采用L(0,2)模态激发缺陷被动波源,可实现单通道的时间反转导波检测,有望解决现有多通道的时间反转检测方法中的瓶颈问题.数值模拟的结果还表明,增加传感器个数和增大时间反转信号截取窗宽均可达到提高缺陷的检出能力的目的.     

管道超声导波分段时间反转检测方法研究

超声导波时间反转聚焦是实现管道小缺陷检测的一项常用技术,但目前使用时需要预判缺陷大致位置以确定时反窗的起点及宽度,在实际工程使用中往往难以实现。针对此问题,提出一种基于超声导波分段时间反转的管道检测方法。该方法将管道待检区域划分为多段区间,分别对不同区间段各阵元的常规导波检测信号进行时间反转,然后将各区间段的时反信号依次作为激励信号重新激发对应阵元,以获取各段区间的时反检测信号。仿真和试验结果表明,当某区间段的时反检测信号的信噪比优于常规导波检测时,可判定该区间段内存在缺陷,并能进一步精确计算出缺陷具体位置,反之,则可判定该区间段内不存在缺陷。通过分段时间反转检测可实现对管道整个待检区域中的小缺陷的有效检测。     

基于非轴对称激励的管道裂纹时反导波检测研究

为解决目前管道导波时间反转检测方法需采用较多通道同步激励、接收的问题,在分析管中弯曲纵向模态簇导波激发特性的基础上,提出一种基于单一斜探头局部加载激励L(M,2)簇的时反检测方法。通过超声斜探头阵列和自行研制的时反激励/接收板卡验证该方法的可行性,并试验研究初始激励信号的类型、频率及时反窗宽等因素对管道裂纹时反检测效果的影响。结果表明,在不同检测频率,采用窄带和宽带信号进行初始激励,时反后相对时反前缺陷回波幅值均有较大提高,且回波信噪比也有较大改善,能明显区分出缺陷波包。     

基于神经网络和支持向量机的导波弯管腐蚀损伤程度辨识研究

利用导波的远场检测优势和机器学习模型,开展管道弯曲处腐蚀损伤程度智能辨识方法研究.在普通碳质钢管弯头处加工不同程度的腐蚀缺陷,按腐蚀程度分为10个等级.采用自激自收和一激一收两种信号激励接收方式,在管道中激励具有非频散的T(0,1)型超声导波,采集得到不同腐蚀程度缺陷对应的导波检测信号.在时域和频域对检测信号进行分析,提取多个导波信号特征值用于表征损伤程度,并通过BP神经网络和支持向量机两种分类模型对数据进行训练分析得到缺陷损伤辨识模型,实现弯曲处腐蚀程度的准确辨识.研究中分析两种模型的超参数对缺陷辨识模型精度的影响,对比研究两种模型对弯管腐蚀损伤辨识的性能.试验结果表明,两种损伤辨识模型对不同激励接收模式下的导波检测信号均能取得较优的分类效果.相较于BP神经网络,支持向量机在小样本条件下对弯管腐蚀损伤具有更好的辨识效果.     

环境参数变化对管道结构健康检测的导波检测影响探究

文中就周围环境温度和外加载荷对承压管道超声导波结构健康检测的影响进行理论分析,采用ANSYS有限元分析软件进行数值模拟;引入时间反转法增强激励信号在缺陷位置的反射能量,建立周围环境温度和外加载荷参数变化与缺陷回波反射率之间的对应关系,改变缺陷类型并对其影响结果进行比较;理论分析和仿真实验均表明温度和外加载荷参数的变化对检测信号的影响主要体现在波形的时移和反射回波波包幅值的变化上,检测信号的时延随承压管道内压值的线性增大均匀增加,而环境温度的变化对检测信号时移的影响随缺陷类型的不同而不同,为实际导波检测提供参考。     

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.     

基于压电晶片阵列的管中导波时反检测方法研究

为提高超声导波技术对管中小缺陷的检测能力,提出一种采用窄带高压脉冲激发安装在管道外表面的压电晶片阵列实现管中导波时间反转检测的新方法。该方法采用窄带脉冲同时激励沿管道表面轴对称安装的压电晶片阵列,从各压电晶片接收到的反射回波中提取含L(n, 2)模态的缺陷信息进行时间反转,并用获得的时反波再次激励阵列中对应压电晶片,整个阵列将同时接收到较单一L(n, 2)模态信号。试验结果表明,该方法能较好地抑制导波的频散、多模态特性,提高缺陷回波信噪比,增加对小缺陷的检测能力。同时,时反前、后所检测到的管道端面和缺陷反射回波的导波模态几乎相同,可采用特定频率的L(0, 2)模态群速度作为时反后缺陷波包的传播速度;且时反后的幅值最大的缺陷波包能重构窄带初始激励信号幅值最大的波包,可有效增加缺陷波包的辨识能力。     

基于时间反转法的管道焊缝区缺陷检测研究

焊缝在整个管网系统中是比较薄弱的部分,在温度、压力、介质腐蚀和振动的影响下容易出现裂纹缺陷,对管道的安全运行产生危害,并且有的裂纹很小,通过超声导波不容易直接识别出来。对超声导波检测管道进行了研究,在分析了超声导波对焊缝小缺陷的检测后,提出了一种运用时间反转法基于L(0,2)模态超声导波进行数值模拟的方法,选择4%作为最小焊缝裂纹缺陷,对直管道单焊缝和直管道双焊缝进行数值模拟,并通过实验验证。数值模拟和实验结果表明该方法可以实现管道中焊缝缺陷的识别和定位。     

基于L(0,2)模态导波的缺陷反射信号的实验研究

通过管道超声导波缺陷反射理论和检测理论,分析了超声导波与缺陷作用后的传播特性。为了对管道中缺陷信号进行辨识,利用周向压电晶片阵列在带有不同缺陷的管道中激励不同频率的L(0,2)模态导波对管道进行缺陷检测实验,研究了导波激励频率、模态转换后各模态幅值与缺陷尺寸的关系。结果表明,在缺陷截面比与信号激励频率相同的情况下,裂纹缺陷的反射系数比腐蚀缺陷的反射系数大;L(0,2)模态导波与裂纹缺陷相互作用后会产生F(2,3)模态;与缺陷同一周向位置的压电片接收的反射回波幅值最大。     

超声导波检测技术的发展、应用与挑战

回顾了近三十年的超声导波技术发展及应用,阐述了导波的频散现象及其求解方法,深入分析了导波激励的力学加载原理和模态选择原则。论述了导波的传感激励方法与装置,并比较了各种激励接收方法的特点与应用场合。对超声导波在板类、管类和复合材料中的应用进行了评述,并从提高缺陷检测能力的角度,介绍了时间反转法和相控阵法在超声导波技术中的应用。最后总结了当前导波技术面临的机遇与挑战。     

Time reversal method for guided wave inspection in pipes

The application of the time reversal method in pipe-like structures based on finite element method (FEM) is investigated. A steel pipe model measuring 70 mm x 3.5 mm is used to analyze the reflection coefficient of the L(0,2) mode with the time reversal process. Simulation results show that the time reversal array method is beneficial to the improvement of the signalto-noise ratio of a guided wave inspection system. As the intercepting window is widened, more energy is included in re-emitted signals, which leads to a large reflection coefficient of the L(0,2) mode. In parallel, a circumferential locating method based on the time reversal method is described. The time reversal process used for guided wave inspection leads to the temporal and spatial focusing. When the time reversal signals are re-emitted, the angular profile obtained at the axial location of the defect can be used to determine the circumferential location of the defect. Except for a pipe with one defect, the circumferential locating method has been verified on another pipe model with two defects. Meanwhile, the elements number of the time reversal array has been discussed for enhancing the discrimination of the defect circumferential location.     

Time reversal method for guided wave inspection in pipes

The application of the time reversal method in pipe-like structures based on finite element method (FEM) is investigated. A steel pipe model measuring 70 mm × 3.5 mm is used to analyze the reflection coefficient of the L(0,2) mode with the time reversal process. Simulation results show that the time reversal array method is beneficial to the improvement of the signal-to-noise ratio of a guided wave inspection system. As the intercepting window is widened, more energy is included in re-emitted signals, which leads to a large reflection coefficient of the L(0,2) mode. In parallel, a circumferential locating method based on the time reversal method is described. The time reversal process used for guided wave inspection leads to the temporal and spatial focusing. When the time reversal signals are re-emitted, the angular profile obtained at the axial location of the defect can be used to determine the circumferential location of the defect. Except for a pipe with one defect, the circumferential locating method has been verified on another pipe model with two defects. Meanwhile, the elements number of the time reversal array has been discussed for enhancing the discrimination of the defect circumferential location.     

管道导波检测中的位移圆周分布调制方法

在研究管道导波检测中的位移圆周分布调制聚焦技术时,将存在的缺陷看作一个新的导波源,提出通过截取阵列中各传感器获得的检测信号中的缺陷反射回波及转换模态波包信息,分析该波源造成的波场在检测位置的位移圆周分布,从而得到将检测能量重新聚焦于缺陷所在圆周任一位置所需要的各激励信号幅值系数和时间延迟参数.有限元分析及试验表明,应用该方法,不仅可以减少运用位移圆周分布调制聚焦技术检测时的计算量,还可以灵活地应对检测过程中管道参数、传感器阵列及检测频率的变化,有利于该方法的推广和应用.     

非线性声学和时间反转声学在材料缺陷识别中的应用现状评述

介绍了非线性声学及时间反转声学基本原理,综述了国内外非线性声学、时间反转声学以及非线性声学和时间反转声学相结合方法在材料无损检测中应用的研究进展.分析指出,非线性声波对于固定介质中缺陷有很高灵敏度,而时间反转法能实现固体介质中任何一点的声能聚焦.利用非线性声波的缺陷敏感特性和时间反转法的自聚焦特性,实现对缺陷的精确识别和准确定位已成为材料缺陷超声无损检测研究领域的新动向,在工业健康监测、医学诊断、水下通信和地震分析等方面将具有良好的应用前景.     

管道导波时反聚焦检测系统的设计与实现

在分析管道中超声导波时反聚焦原理的基础上,设计并实现了一套适合激励压电换能器阵列,并对管道中超声导波能量在缺陷处进行时间-空间聚焦的时反聚焦检测系统.该系统实现的关键技术为:改进DDS( direct digital synthesis)结构,实现脉冲激励电路对时反特征信号进行合成发射;采用脉冲方式,实现小体积大输出功率的宽带线性功放电路;通过时反聚焦检测过程,实现管道中超声导波能量在缺陷处的时间-空间聚焦.采用该系统进行八通道时反聚焦检测实验,其结果表明,对于所用的含缺陷的管道而言,在特定的检测条件下,缺陷回波信号的幅值相对常规检测可提高246％,并且很好地抑制了导波的频散和多模态特性,提高了回波信号的信噪比.     

聚氨酯夹芯板发泡缺陷电磁超声导波快速检测

聚氨酯夹芯板在生产中因发泡不均容易在聚氨酯泡沫层形成空洞型缺陷,直接影响其保温效果,为此提出了一种从金属板外侧实施的电磁超声SH导波检测的快速检测方法。通过理论分析、解析推导、仿真计算和试验验证,建立了聚氨酯夹芯板中的SH导波透反射比系数与激励参数之间的关系,结果表明,当磁铁间距为4.5 mm时,控制SH0导波入射角度为75°,能够得到最佳的检测效果。同时也进一步验证了SH0导波接收信号幅值与缺陷面积、缺陷深度均基本上呈线性关系。在此基础上,提出了一种可应用于实际检测的缺陷当量大小评价方法。通过评价公式进行修正,可消除因收、发探头之间距离变化引起的缺陷信号评价波动问题,这对于后期实现缺陷定位具有较好的指导作用。