详情

原文传递基于时间反转法的管道导波检测技术研究

论文题名：	基于时间反转法的管道导波检测技术研究
关键词：	管道泄漏;超声导波检测技术;缺陷检测;时间反转法
摘要：	管道作为一种安全、经济、便捷、对环境影响小的运输方式，在气体、液体、浆体等物品的运输中得以广泛应用，使其在国民经济建设和国防建设中发挥着不可替代的作用。伴随着管网的快速发展，其运行存在很大的安全隐患，由于管道老化或工作环境导致的管道腐蚀、穿孔等缺陷，成为长输管线运行安全的主要隐患。目前，这种小缺陷、小泄漏的及早发现与准确定位是国际上长输管线腐蚀泄漏检测技术的难题之一。因此，研究长输管线缺陷的检测理论、检测方法，实现对小缺陷的快速检测及准确定位，对于维护管道的安全运行，避免资源浪费，有着重要的理论意义和应用价值。超声导波具有沿传播路径衰减小，传播距离远的特点，在检测信号中还可以包含从激励点到接收点间的整体信息，非常适合长距离管道的缺陷检测，日益受到关注。本文主要在时间反转法的基础上，提出一种基于时间——空间聚焦理论的管道大范围超声导波检测技术，以提高缺陷检测灵敏度，实现缺陷的轴向、周向定位，并为最终实现缺陷的辨识奠定基础。主要工作如下： 1．基于时间反转法的管道导波检测理论研究。将缺陷看作一个被动的导波源，用传递函数的观点，分析该波场信息经过时间反转后，再次作为激励信号产生的时间反转波在管中的传播方式：针对导波的频散、多模态特性，以及导波模态的相位变化特征，分析了时间反转波能量的时间——空间聚焦效应。结果表明，利用时间反转聚焦效应，可提高管道导波缺陷检测的能力，并实现缺陷的定位。 2．基于时间反转法的管道导波缺陷检测方法研究。采用薄壳和厚壳模型，用有限元方法模拟了管道中的通透缺陷和非通透缺陷的时间反转导波检测过程，研究了时间——空间聚焦效应及时间反转信号截取窗宽对检测能力的影响。结果表明，与直接导波检测方法相比，引入时间反转方法可显著提高缺陷的检测信号缺陷反射率，以获得更强的缺陷检测能力；缺陷造成的模态转换现象和时间反转信号截取窗宽大小，是影响时间反转导波检测能力的重要因素。 3．基于时间反转法的管道导波缺陷定位方法研究。由时间反转激励信号产生的导波的空间聚焦效应，提出试验与有限元方法相结合的管道缺陷周向定位方法；研究了管道中单缺陷、双缺陷的定位问题，并分析传感器阵列中圆周分布的传感器个数对圆周位置分辨率的影响。分析表明，该方法可实现管中单缺陷、不同位置双缺陷的定位，且随着传感器个数增加，圆周定位精度相应提高。 4．管道导波检测中的缺陷辨识方法研究。在基于频散波形预测理论的管道导波缺陷成像方法的基础上，对缺陷形状特征进行分类：通过对不同缺陷的时间反转导波检测缺陷反射率随时间反转信号截取窗宽变化关系的研究，确定了缺陷散射波场中各导波模态的能量分布规律。据此，提出了一种管道导波检测中的缺陷辨识方法，并用聚类分析思想对此方法进行初步验证。 5．管道导波检测中的轴向位移圆周分布调制聚焦方法研究。提出改进的基于缺陷反射回波的轴向位移圆周分布调制聚焦方法，并通过有限元分析和试验加以验证。对轴向位移圆周分布调制聚焦法和基于时间反转法的导波检测方法进行比较，结果表明，基于时间反转法的导波检测方法更有利于提高非对称缺陷的检测信号缺陷反射率。
作者：	邓菲
专业：	机械电子工程
导师：	吴斌
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京工业大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文