多模态超声导波管道检测技术的研究

　　近年来,管道应用在世界范围内得到了飞速的发展,在经济建设中发挥着越来越重要的作用,已成为现代工业和国民经济的命脉。作为管道事故中最经常发生的泄漏事故一旦发生,不仅造成大量物质损失,泄漏的有毒化学物质还带来环境污染,更为严重地是有可能带来的人身伤亡事故。

　　国内外虽已掌握了管道腐蚀和泄漏的检测技术,但尚难实现大面积、长距离和复杂状态管道的早期裂纹快速检测。原因是管道状态的复杂、各种裂纹对激励信号的敏感性、回波信号的多模态以及环境噪音的复杂,使得管道在线裂纹检测一直是无损检测领域的技术难点,尚缺乏支撑裂纹检测设备研制的合理技术和方法。

　　目前检测系统容易检出的缺陷主要是局部腐蚀、冲蚀、机械损伤、成群点蚀以及环向裂纹。对于均匀腐蚀、个别点蚀、轴向裂纹和焊缝中的小缺陷则不敏感,难以检出,不利于长距离管道的检测,并且也很难利用检测信号区分缺陷类型,且需要设备停机才能检测。

　　本检测技术通过实时采集的数据,对其进行相关分析, 研究管道在线裂纹早期检测的新方法,对我国大面积、高数量可靠使用管道运输有着重要的社会经济意义, 同时对于其他设备如压力容器等的状态判定和预测同样具有辐射作用和工程意义。

　　1 研究与开发内容

　　本检测技术基于小波分析、遗传算法和随机理论,针对复杂工作环境中的管道和多种裂纹形态,运用多模式柱状超声导波技术,对管道进行信号的采集、分析,建立特征参数与状态模式的映射关系,实现对埋藏、涂层、包覆管道等缺陷状态和位置的判别。研究与开发内容有以下几点。

　　(1)失效机理。研究管道的主要失效形式、失效原因和应力分布情况,结合应力疲劳和断裂力学理论,建立管道失效的理论模型,揭示管道裂纹产生的机理,并进行分类。

　　(2)频散曲线。在管道中传播的超声导波,其波速随导波频率的变化而变化。要利用导波进行管道缺陷检测,就必须清楚了解对于特定管道,波速随频率与壁厚之积变化的关系,为实际管道信号采集、分析和判断奠定基础。

　　(3)导波选择与激励。研究柱面导波与缺陷的相互作用机制。研究多模式柱面导波与缺陷作用的敏感性和激励波的选择,对多模式导波检测技术进行研究,如采用纵向模态、弯曲模态和扭转模态等等。

　　(4)导波回波处理。接收柱面导波回波时,应有选择的加强某些模态导波信号,同时利用滤波技术和数字信号处理以使柱面导波回波最佳。

　　(5)小波分析和遗传算法。采用小波分析对拾取的超声导波信号进行除噪,提取特征成分,并利用遗传算法,对超声导波的信号特征参数进行再组织,自动生成新的特征参数,以建立裂纹大小、类型等管道状态与超声导波回波信号的特征关系。