基于虚拟时间反转聚焦的管道超声导波检测新方法.pdf

第49卷第12期
机槭工程学报
Vol 49 No 12
2013年6月
JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING
2013
DOI:10.3901JME。2013.12.017
基于虛拟时间反转聚焦的管道超声导波
检測新方法
符浩吴斌何存富
(北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124)
摘要:针对现有时间反转聚焦方法所需的多通道同步激励与接收装置在实验室与工程应用中成本高且难以实现的问题,提出
利用单通道设备多次采集足够的信号并通过信号处理等效实现多通道同步激励-接收效果的虚拟时间反转聚焦方法,它是
种新型的超声导波聚焦方法。采用有限元仿真手段对比该方法与现有时间反转聚焦方法的聚焦效果,通过试验验证该方法在
实际检测中应用的可能性。针对2m长114mm外径的钢制管道,通过有限元仿真与试验获取的数据,利用超声导波虚拟时
间反转聚焦方法对管道上一个人工缺陷进行了聚焦检测。结果表明,与聚焦前的缺陷信号相比,聚焦后的缺陷信号的归一化
幅度提高6倍,信号波包外形也有明显改善:同时,该方法在不提高对仪器设备要求的情况下,能够有效地将超声导波管道
检测缺陷信号的信噪比从0.0336提高到2.1656,进而提高了超声导波对小缺陷的检测能力
关键词:超声导波虚拟时间反转聚焦管道检测
中图分类号:TG156
Ultrasonic Guided Wave Pipe Inspection Based on
Synthetic Time-reverse Method
FU Hao WU Bin HE Cunfu
(College of Mechanical Engineering and Applied Electronic Technology,
Beijing University of Technology, Beijing 100124)
Abstract: Synthetic time-reverse method is a new focusing method in ultrasonic guided wave inspection. Aiming at the problem that
the multi-channel system required by common Time-reverse Method is very expensive and hard to build, a post-acquire signal
process method based on a single-channel system is used to improve the time-reverse method. The effectiveness of the synthetic
time-reverse method is proved through numerical simulation and experiment. A steel pipe of 2 m long and 114 mm outer diameter
with an artifical def is ineed in simon a xm Arin o the result of the simulation and the experiment, usin
this method, the normalized ampli ude of the defect is 6 times increased, and the wave packet of the defect reflection is greatly
improved. The signal-noise-ratio is also raised from 0.033 6 to 2. 1656. The detection capability of ultrasonic guided wave can be
improved by the method
Key words: Ultrasonic guided wave Synthetic time-reverse method Pipe inspection
充液管道、带包覆层管道等不同类型管道的检测能
力。为了提高超声导波管道检测的检测能力,许多
学者利用小波降噪、数字滤波的等信号处理的方
超声导波作为一种新兴的无损检测技术,由于法来提高检测信号的信噪比。然而,在一些情况下,
其具有检测快速、高效的特点,在石油天然气等行受检测环境影响,缺陷信号十分微弱,甚至淹没在
业中有十分广阔的应用前景。 ALLEYNE等利用噪声信号中。这样,利用信号处理的方法来提高信
管道中纵向模态与扭转模态的超声导波对缺陷进行噪比也难以准确提取缺陷信号。针对这种对微小缺
了检测。ROSE?研究了超声导波技术对普通管道、陷进行检测的情况,一些学者采用一套特制的多通
道激励-接收系统,利用相控聚焦方法使超声导
20120824收到初稿,20130105收到修改稿
波能量聚焦在缺陷处,达到了增强缺陷回波能量提