基于导波理论的管道缺陷成像研究

在导波传播理论和频散波形预测理论的基础上，研究了超声导波在检测管道时，如何利用时域波形重构缺陷图像的问题。由于根据导波检测理论可以获得在任意时间管道表面任意位置的波形信息，而且管道上缺陷的存在直接影响导波信号的幅值，并被包含在回波信号中为传感器接收，所以通过对接收信号进行相应的处理便可预测缺陷处的波形用以成像。针对管道中的单通孔人工缺陷和轴向位置不同的双槽形人工缺陷，利用非轴对称端面加载的传感器激励L（0，2）模态导波进行检测，通过改变传感器周向位置获得一组检测信号以实现缺陷形状的成像。成像结果不仅能反映缺陷的类型，还能实现缺陷在轴向和周向的二维定位，对轴向双缺陷的定位取决于时间参数的选择。     

小型超声导波管道检测系统的研究和开发

针对目前我国超声导波检测设备的落后现状,根据超声导波检测的机理,采用新型高速单片机、模数转换芯片、高频线性功率放大电路、环状阵列压电陶瓷传感器和基于LabVIEW的数据采集软件,开发了一种集成化的小型超声导波检测系统.该系统能够在管道中激励和接收超声导波,通过对激励波及反射回波的时空位置分析,判断出管道长度及存在的缺陷.     

传感器在管道超声导波检测中的应用

管道超声导波检测技术是一种新兴的无损检测方法。利用该技术可以在一点对管道进行快速而全面的检测,节省检测时间,减少劳动强度。而由于导波的频散、多模态特性和管道工作条件、结构尺寸的不同,使得在超声导波检测中对导波的激励方式和传感器的使用要求也不尽相同。传感器的选择对管道超声导波检测的实现十分重要。简要回顾了五种不同类型传感器在管道导波检测中的工作机理、特性及其应用。     

管道长距离超声导波模态频散现象的抑制方法研究

针对超声导波频散特性所导致的信号波包在结构中传播发生展宽及衰减现象，研究了超声导波在2m长管道中以特定频率(77kHz)传播时的频散现象。指出了采用圆周均匀分布传感器在管道中激励导波可以抑制其中弯曲导波模态的产生，同时利用信号重建激励方法以及所建立的实验系统在特定的距离上抑制了超声导波模态的频散现象。结果表明，本文方法有效地抑制了77kHz的L(0，1)导波模态的频散现象。     

纵向导波磁致伸缩传感器信号检测的实验研究

阐述了纵向导波磁致伸缩传感器应用于钢管无损检测中的基本原理.对纵向导波磁致伸缩传感器激励导波和导波的信号检测进行了实验分析,利用磁致伸缩导波无损检测系统在管径为Φ38 mm的完整钢管激励不同频率导波,选择频散特性不明显的激励频率应用于缺陷管道检测,检测信号较好的反应出不同尺寸缺陷.该实验结论和数值计算结果相吻合.     

用于板结构损伤检测的磁致伸缩传感器

基于铁磁性材料的磁致伸缩特性,提出一种用于非铁磁性板结构损伤检测的磁致伸缩传感器。该传感器分为激励和接收两部分,由8字型线圈、镍带以及偏置永磁铁组成。根据磁致伸缩效应,激励部分在板中激励导波,波在板中传播,遇缺陷及边缘反射,通过磁致伸缩逆效应,由接收部分接收其反射信号。根据反射信号的到达时间和波在板中传播的速度,可判断出板中缺陷所在位置。改变恒定偏置磁场与时变磁场的方向可以在板中激励不同波型的导波。实验结果证明:该传感器设计是可行的,且具有价格便宜、灵敏度高、可与被测结构分离等优点。     

电磁超声水平剪切导波的缺陷检测研究进展

超声导波检测技术是新型的无损检测方法之一。水平剪切(SH)导波是超声导波的一种。在板和管结构的检测中，SH导波检测技术占据着越来越重要的位置。电磁声传感器(EMAT)常被用于SH导波的激励或接收。SH-EMAT具有适应性强、效率高的特点，基于SH-EMAT检测技术的应用场景越来越多。以近十几年的相关文献为基础，介绍了SH-EMAT设计以及SH导波缺陷检测技术的研究现状和进展，提供了SH导波检测在不同应用背景下的传感器选择，总结了不同频率SH导波的检测能力，分析了不同SH导波检测技术的优缺点。同时还对电磁超声水平剪切导波检测的未来研究趋势进行了展望，为相关研究人员提供了研究方向和思路。     

基于电磁超声的天然气管道机器人测控系统设计

分析了国内天然气管道现状及检测维护情况,针对目前天然气管道裂纹缺陷检测问题,采用电磁超声检测方法,并结合虚拟仪器技术,设计了天然气管道机器人测控系统;系统以PXI模块化仪器平台为核心,结合数据采集模块和运动控制模块构建了硬件平台,以LabVIEW编程语言为基础开发了人机交互软件平台;该系统能够控制机器人在管道内的运动,并可在管道内壁激励和接收超声导波;整个系统可靠性高、扩展性强、人机交互界面友好,满足了机器人管内电磁超声检测作业时的运动控制、数据采集及处理要求.     

基于STM32与FPGA的导波激励源设计

基于STM32和FPGA设计了一种专门用来进行超声导波管道无损检测的信号发生器.该激励源由STM32、FPGA、D/A转换电路以及低通滤波电路组成.基于DDS基本原理,阐述了超声导波专用DDS模块设计方法,并给出了STM32与FPGA的接口电路、D/A转换电路及滤波电路的设计方法.其中STM32为整个系统控制核心,主要负责送频率控制字,FPGA主要为了产生DDS波形.FPGA输出的数字信号经D/A转换及低通滤波后即可得所需激励信号.实验结果表明输出的信号噪声小、精度较高、频率可调,能方便地用于管道超声导波检测.     

基于AD9854的超声导波激励电路设计

为解决超声导波激励信号频率单一问题，设计了一种基于直接数字频率合成器（DDS）AD9854的宽频超声导波信号激励电路。在激励电路设计过程中，激励信号是由DDS利用正弦信号的相位与时间线性变化的特性，通过查询芯片内部存储的正弦信号表来实现频率的合成，并快速生成Chirp信号。采用椭圆低通滤波器消除DDS的杂散干扰，采用电压放大电路和功率放大电路进行信号两级放大，实现±25 V、100 kHz~1 MHz的Chirp信号输出。实验结果表明，超声导波激励电路软硬件设计合理，不仅能激励出超声导波检测所需要的宽频Chirp信号，还能明显区分出铝板上有无腐蚀缺陷，适用于激励多种不同中心频率的超声导波传感器。     

基于神经网络的超声导波管道缺陷识别

在役石油管道的腐蚀是造成石油管线运输故障的重要原因,适时检测在役管道是否被腐蚀至关重要。研究了超声导波进行长距离在役管道检测技术,并利用人工神经网络进行管道缺陷的智能识别,通过超声导波设备进行了管道缺陷检测实验,从原始检测数据的信号处理结果中提取出了样本特征值,并建立和训练了一种用于实现管道缺陷识别的BP神经网络。实验表明:使用该网络可进行超声导波管道缺陷的自动识别。     

A signal-processing tool for non-destructive testing of inaccessible pipes

The design of Non-Destructive-Testing systems for fault detection in long and not accessible pipelines is an actual task in the industrial and civil environment. At this purpose, the diagnosis based on the propagation of guided ultrasonic waves along the pipes offers an attractive solution for the fault identification and classification. The authors studied this problem by means of suitable Artificial Neural Network models. Numerical techniques have been used to simulate the guided wave propagation in the pipes. In particular, the finite element method has been used to model different kinds of pipes and faults, and to obtain several returning echoes containing the faults information. Torsional wave modes have been used as excitation waves. The obtained signals have been processed in order to reduce the data dimensionality, and to extract suitable features. The features selected from the signals can be further processed in order to limit the size of the Neural Network models without loss of information. At this purpose, the principal component analysis has been investigated. Finally, the selected features have been used as input for the neural network models. In this paper, traditional feed-forward, multi-layer perceptron networks have been used to obtain the information on size and location of localized notches.     

电磁超声扭转波检测钢管缺陷的实验研究

扭转模态T(0,1)超声导波具有无频散的特点,便于信号分析与处理。在分析电磁超声扭转波传感器换能原理的基础上,搭建了电磁超声扭转波钢管缺陷检测实验平台,采用350 kHz的T(0,1)模态导波,在Ф25 mm×2800 mm壁厚2.5 mm的钢管上检测出20%壁厚损失的周向平底刻槽与Ф5 mm通孔缺陷,检测信号的信噪比较高。实验结果表明:这种电磁超声扭转波方法可以应用于钢管缺陷检测。     

基于超声导波的骨损伤检测技术

对骨损伤尤其是轻微骨裂的现场检测往往依赖于经验,缺乏可靠的现场测试技术。针对这一问题,对基于超声导波的骨损伤现场诊断应用技术进行了基础研究。分析了管状结构中的导波传播特性,根据骨损伤对导波传播影响,研究采用导波能量衰减曲线检测和定位骨损伤的发生情况;在仿生骨结构试件上进行了实验验证,对比健康和损伤骨结构中的导波传播能量衰减情况,可以较清晰地观察到骨损伤的发生和大致位置。实验结果表明,超声导波技术可以应用于骨损伤现场快速诊断中,具有较好的实用性。     

基于磁致伸缩电磁超声导波的钢板焊缝缺陷检测

针对工业现场使用压电超声波检测焊缝缺陷时需使用耦合剂的问题,研究了通过无须耦合剂的基于磁致伸缩电磁超声对薄钢板焊缝中缺陷进行检测的方法,并且针对电磁超声换能效率低、信号微弱的问题,通过仿真优化了回折线圈结构参数,选择了三分裂回折线圈,并探究了导波频率对缺陷检测灵敏度的影响。仿真结果表明:相比于无分裂线圈,选择三分裂回折线圈后激励信号面内位移幅值提高了94.2%,随着导波频率增加,缺陷反射回波幅值表现出先增大再减小的变化规律。实验结果表明:S0模态Lamb波垂直入射焊缝时,焊缝本身产生的回波与缺陷信号相比相对较小,缺陷检测阈值达到1 mm,缺陷定位误差小于2 mm,证明了电磁超声导波具备检测焊缝中毫米级缺陷的能力。