基于导波技术的小口径管网实时检测系统

基于超声导波无损检测技术,发展了一种用于小口径管网实时检测的新型诊断系统。系统包括以压电陶瓷晶片为敏感器件的柔性传感器阵列,导波激励接收硬件子系统及分析软件。柔性传感器阵列能表面贴装于任意尺寸的管线外壁,并可在管线中激励和接收轴对称模态导波。与现有导波激励接收系统不同,诊断系统包含有多通道的信号转换开关矩阵,能实现管网中不同管线检测所需信号通道的快速自动切换。检测实验表明,分析软件能有效辨识大于3%管线横断面积的腐蚀损伤,并能实时检测管线的状态变化,如腐蚀损伤扩展等。诊断系统具有检测效率高,使用灵活的特点,为小口径管网的实时检测提供了有效手段。     

小口径管扭转模态导波在线检测

采用扭转模态导波T(0,1)开展了小口径管在线检测研究。考虑管线服役环境及其结构特征,研制了一种适用于小口径管线在线检测的新型传感器阵列。传感器采用剪切型压陶瓷晶片作为敏感元件,具有柔性、轻质的特点。实验表明,环向布置的传感器阵列能够在管线中高效激励T(0,1)模态导波;通过提取回波信号中的各模态导波信息,实验系统能有效辨识管线中缺陷的状态变化;对于含有支撑结构的小口径管,比较并分析管线中导波散射信号及特征结构处回波信号的变化有助于辨识支撑结构附近区域损伤的产生及扩展。     

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。     

电磁导波激励脉冲群最佳重复频率确定

电磁导波检测技术因其非接触耦合的特性已被广泛应用于各种金属管道无损检测领域中,但导波的激励脉冲群重复频率的确定长久以来却没有一个有效的解决方法。为此,本文提出了以有、无缺陷的重复脉冲群检测信号的相关性作为判别标准,选取电磁导波激励脉冲群最佳重复频率,并从检测信号特征提取和识别的角度验证了本文选取的激励脉冲群最佳重复频率可有效提高导波检测信号之间的区分度,减小检测信号间的干扰,提高缺陷识别的准确性。     

基于DS89C430的超声导波激励信号源的设计

为减少管道超声导波检测中频散现象给检测工作带来的不利影响,提出了一种针对管道的超声导波激励信号源的设计方法,采用超高速单片机DS89C430、数模转换器件AD9708和运算放大器LM318等器件,设计出专门用于激励超声导波的汉宁窗调制单音频信号的窄带信号发生器,该信号发生器可实现汉宁窗的宽度可调,汉宁窗调制下的单音频信号频率可调的功能.实验结果表明设计合理,激励信号中单音频的频率及汉宁窗调制单音频的周期数调节方便.     

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。     

电磁导波能量压缩式脉冲激励方法研究

电磁导波检测技术因其非接触耦合特性而被广泛应用于各种类型金属管道的损伤检测,但较低的激发效率却导致电磁导波信号能量传递范围有限,限制了其在长管道和结构复杂管道方面的应用。为提高电磁导波换能效率,本文摒弃了脉冲发生器和功率放大器相组合的激励源结构,提出了一种以能量压缩原理为核心的脉冲激发方法,在空间和时间上压缩存储于电容中的能量来提高激发信号强度,并确定了脉冲形成回路参数的选取规则。实验证明该方法可以有效增加电磁导波激发信号幅值。     

激光导波阵列波束成形损伤成像方法

激光超声检测方法在结构损伤检测领域有着广泛应 用。增加激光信号用于损伤成像的技术难点。针对此挑战,采用提出的Morlet小波分析法提 取激光宽频信号中对应中心频率下的窄带信息。为实现损伤 的可视化,分析比较了导波阵列波束成形损伤成像算法中时间延迟叠加算法和相位延迟叠加 算法,其中相位延迟叠加成像法对频域内所有频率成分实施延迟叠加能克服导波的频散效应 得影响,能实现对损伤更精确的定位。为验证该方法的实用性,构建了激光激励/接收完全 非接触式的实验系统,通过对Morlet小波分析后的信号采用延迟叠加算法对损伤进行成像, 实验结果表明了:相位延迟叠加成像法成像效果比时间延迟成像法成像效果更佳,定位更精 确。     

超声导波管道诊断仪系统主机的实现

本系统主机主要有三个功能:首先,产生一脉冲激励源,其中心频率、周期数、幅值、重复频率等参数均可设置以适用于超声导波信号特征,并进行信号处理、功率放大,从而驱动负载产生超声导波,以实现对被检测管道的激励;其次,实现对传感器输出的信号调理、数据采集、数据保存及数据传输;最后,实现其它辅助功能。本文详细阐述了超声导波脉冲激励源及多通道高速数据采集的实现。     

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PCA与SVM的焊缝缺陷信号分类方法

为保证焊接结构处于安全工作状态,文中针对焊缝缺陷的分类问题提出一种结合主成分分析和支持向量机的焊缝特征导波缺陷信号的分类方法。该方法首先以缺陷回波的稀疏重构信号为基础提取了缺陷信号的特征参数矩阵,然后利用主成分分析法对参数矩阵进行降维优化以消除冗余信息。将优化的低维特征矩阵应用于支持向量机进行分类训练,并对比不同主成分的分类效果。最后选择核函数和相关参数来提高分类器的准确率。实验结果表明,该方法能够有效地对焊缝缺陷进行分类。     

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。     

用于超声导波检测的波形发生器设计

为了减少超声导波检测中频散特性带来的影响,提出一种用于产生窄带脉冲信号的波形发生器设计方案。波形发生器的设计基于幅度调制的思想,电路由函数发生器MAX038、乘法器AD834、模拟开关DG401等元件构成,实现汉宁窗调制单一频率信号的功能。同时,波形信号的单音频信号频率可调,汉宁窗宽度可调。电路的MULTISIM仿真验证了设计的可行性。该方案由纯硬件实现,操作方便,对超声导波检测激励源的研制有一定的参考价值。     

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。     

一种基于压缩感知的导波场重构方法

导波场分析法可有效识别和表征结构损伤,但受限于奈奎斯特采样定律,全波场信号的采集耗时严重。为提高全波场信号的获取效率,现有方法依靠压缩感知和激光多普勒测振技术,以少量空间测点信号重构出原始波场,然而该类方法依赖具有一定随机性的抖动采样策略,在商用激光多普勒测振系统上不便实现。为解决这一问题,该文提出了一种基于均匀稀疏采样策略的导波场重构方法,并搭建压电片激励/扫描式激光多普勒测振仪传感(PZT激励/SLDV传感)实验平台,对含人工损伤的铝板进行实验验证。实验结果表明,该方法可将空间测点数减少到奈奎斯特采样点数的10%以下,并在导波场重构精度及损伤成像精度方面达到与抖动采样策略的同等水平,且提高了导波场分析法的实用性和工作效率。     

基于二进制编码的管道缺陷超声检测方法研究

脉冲信号激励的超声波用于管道缺陷检测时,存在平均发射声功率小及探测信号频带单一的局限,且在多发多收的阵列检测场合,很难确定接收回波的发射源,不利于被测体全声场的声学特征参数解算。为此,提出了采用正弦波频率调制的二进制超声编码方法检测管道缺陷。建立传感器编码激励响应的数学模型,通过仿真得到了传感器在不同激励频率、分数带宽和码位数下的幅频响应规律,并实现了对接收信号的有效区分和发射声源的有效标识。将该方法用于管道缺陷的超声检测,实现了管道不同种类缺陷的有效检出和发射声源的有效标识,并分析了二进制编码激励方式下缺陷对不同频带的敏感性。统计结果表明,2~4位码对管道渗漏孔和裂纹缺陷的检出率高于62%,对回波信号的标识正确率高于97%。     

基于导波能量差的管道缺陷周向定位实验研究

针对超声导波检测需通过对回波信号进行分析而得到管道健康信息,而无法反映缺陷的周向位置信息的问题。文中采用超声导波方法对管道缺陷周向定位进行了研究,分析了超声导波在管道中遇缺陷后的能量分布,以及周向定位的原理。根据F(1,3)模态导波周向波数只有一个的特性,提出了象限能量差定位缺陷方法,并对该方法进行了实验研究,结果表明,方法可以准确地判定出缺陷所在周向位置。