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原文传递高衰减材料管道周向焊缝微缺陷检测方法及装置

专利名称：	高衰减材料管道周向焊缝微缺陷检测方法及装置
摘要：	本发明公开一种高衰减材料管道周向焊缝微缺陷检测方法及装置，采用PVDF梳状柔性压电传感器，以满足管道周向焊缝的几何形状的普适性。其检测方法包括：通过被检测管道周向焊缝几何形状和材料属性，基于半解析有限元方法计算其频散曲线；基于非线性静态分量理论，选取群速度不匹配的超声模态对。对超声检测接收信号进行小波变化降噪处理和FFT滤波处理，基于FFT滤波处理结果判断高衰减材料管道周向焊缝内部应力集中现象与微损伤程度与位置。本发明采用上述方案，实现了对高衰减材料管道周向焊缝应力集中现象以及微损伤的无损检测，解决了现有周向焊缝微损伤无损检测方法无法满足对被检测试样进行高效率检测以及高精度微缺陷定位需求的问题。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	福建;35
申请人：	厦门大学
发明人：	李卫彬;袁信翊
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-10T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-17T00:00:00+0800
申请号：	CN202311004312.5
公开号：	CN117074526A
代理机构：	厦门致群财富专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	刘兆庆
分类号：	G01N29/04;G01N29/44;G06F18/15;G06F18/213;G06F30/23;G16C60/00;G06F113/14;G;G01;G06;G16;G01N;G06F;G16C;G01N29;G06F18;G06F30;G16C60;G06F113;G01N29/04;G01N29/44;G06F18/15;G06F18/213;G06F30/23;G16C60/00;G06F113/14
申请人地址：	361000 福建省厦门市思明南路422号
主权项：	1.一种高衰减材料管道周向焊缝微缺陷检测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：在被检测管道周向焊缝的表面选取检测位置；选取不满足群速度匹配条件的超声导波模态对，该超声导波模态对的基频频率为f1，准静态分量频率为f0；步骤2：向被检测管道周向焊缝激励选取的超声基频信号，该超声基频信号的基频频率为f1，并对接收到的超声特征导波检测信号进行局部的截取，并对截取结果进行小波包降噪处理和FFT滤波处理；步骤3：根据步骤2得到的FFT滤波结果，判断检测路径中是否存在微缺陷；若有微缺陷，则根据FFT滤波后的时域信号发生突变的时间与超声特征导波准静态分量传播的群速度，对微缺陷进行准确定位。 2.根据权利要求1所述的高衰减材料管道周向焊缝微缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤1具体包括：根据被检测管道周向焊缝的的几何形状与材料性能，采用半解析有限元方法，计算周向焊缝周向超声导波的频散曲线；通过所述的频散曲线，选取不满足群速度匹配条件的超声导波模态对，所述准静态分量频率f0满足以下条件：f0×d≤0.5(MHz·mm)，其中d为被检测高衰减材料管道的管壁厚度。 3.根据权利要求1所述的高衰减材料管道周向焊缝微缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤1中，选取不满足群速度匹配条件的超声导波模态对具体包括：所述基频频率为f1的群速度为cg1，准静态分量频率f0的群速度为cg0，不满足群速度匹配条件为：满足cg0＞1.5×cg1。 4.根据权利要求1所述的高衰减材料管道周向焊缝微缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤2中向被检测管道周向焊缝激励选取的超声基频信号，该超声基频信号的基频频率为f1，具体包括：基于所述的被检测管道周向焊缝的的几何形状，选取几何形状匹配的PVDF梳状柔性压电传感器；所述PVDF梳状柔性压电传感器包含梳状电极，基于所述基频的波长设计梳状电极的尺寸：指条宽度a，指条间距宽度b，指条长度L和指条数目N；梳状电极的尺寸a，b满足：a＝b＝0.5×λ，λ为所述基频的波长(mm)；通过PVDF梳状柔性压电传感器向被检测管道周向焊缝激励基频频率为f1的超声基频信号，周期数为c，超声基频激励信号周期数c满足： 5.根据权利要求1所述的高衰减材料管道周向焊缝微缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤2中对接收到的超声特征导波检测信号进行局部的截取，并对截取结果进行小波包降噪处理和FFT滤波处理，具体包括：通过PVDF梳状柔性压电传感器接收到超声导波检测时域信号S1，对所得到时域信号进行进一步截取，截取的时间窗为[t0-tj,t0+ti]，t0为接收时域信号S1幅度绝对值最大值所在的时间，tj为基频激励信号总时长，从而得到时域信号S2；通过对所述的时域信号S2进行小波包降噪处理，得到降噪后时域信号S3。 6.根据权利要求5所述的高衰减材料管道周向焊缝微缺陷检测方法，其特征在于：所述的小波包降噪处理步骤为：1.选择一个小波函数并确定分解层次，对时域信号进行小波包分解；2.选择一个合适的阈值和阈值函数对小波包的系数进行全局处理；3.叠加处理后的小波包系数，对信号进行小波包重构；其中，所述的小波包降噪处理步骤中所选小波函数为coif3小波函数，分解层次为4层。 7.根据权利要求5所述的高衰减材料管道周向焊缝微缺陷检测方法，其特征在于：所述的FFT滤波处理步骤为：通过对所述的时域信号S3进行FFT滤波处理，得到滤波后时域信号S4；FFT滤波处理为低通滤波，低通滤波范围为 8.一种高衰减材料管道周向焊缝微缺陷检测装置，其特征在于：包括超声激励换能器、高能非线性超声信号发生器/接收器，第一信号放大器，第二信号放大器，带通滤波器，低通滤波器，PVDF梳状柔性压电传感器，示波器和计算机；所述的超声激励换能器采用PVDF梳状柔性压电传感器实现，所述PVDF梳状柔性压电传感器固定放置在被检测管道周向焊缝的检测位置上，并与被检测管道周向焊缝贴合；所述的高能非线性超声信号发生器/接收器用于激励合适频率下的超声导波信号，经过所述第一信号放大器放大信号与所述带通滤波器滤波后，连接PVDF梳状柔性压电传感器，使超声导波信号被导入所述被检测管道周向焊缝中；所述PVDF梳状柔性压电传感器还用于接收传播的超声波信号，经过所述第二信号放大器放大信号与所述低通滤波器滤波后，送入高能非线性超声信号发生器/接收器中，同时将接收到的信号送入示波器和计算机进行信号分析；其中，所述的高能非线性超声信号发生器/接收器用于激励合适频率下的高功率超声导波信号，具体包括：选取不满足群速度匹配条件的超声导波模态对，超声导波模态对的基频频率为f1，准静态分量频率为f0；经由高能非线性超声信号发生器/接收器向被检测管道周向焊缝激励选取的超声基频。 9.根据权利要求8所述的高衰减材料管道周向焊缝微缺陷检测装置，其特征在于：所述带通滤波器的带通范围包含所选取的基频频率f1，并且带通滤波器的中心频率与所选取的基频频率f1接近；所述低通滤波器的滤波范围包含所选取的准静态分量频率f0。 10.根据权利要求8所述的高衰减材料管道周向焊缝微缺陷检测装置，其特征在于：所述PVDF梳状柔性压电传感器固定放置在被检测管道周向焊缝的检测位置上，具体是：基于所述的被检测管道周向焊缝的的几何形状，选取几何形状匹配的PVDF梳状柔性压电传感器。 11.根据权利要求8所述的高衰减材料管道周向焊缝微缺陷检测装置，其特征在于：所述PVDF梳状柔性压电传感器包含梳状电极，基于所述基频的波长设计梳状电极的尺寸：指条宽度a，指条间距宽度b，指条长度L和指条数目N；梳状电极的尺寸a、b满足以下条件：a＝b＝0.5×λ，λ为所述超声基频的波长(mm)。
所属类别：	发明专利