專(zhuān)利名稱(chēng)：基于虛擬相控的管道導(dǎo)波聚焦檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于虛擬相控的導(dǎo)波信號(hào)分析方法，屬于無(wú)損檢測(cè)信號(hào)分析領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超聲導(dǎo)波檢測(cè)管道的缺陷和損傷是近年來(lái)興起的一項(xiàng)新的管道檢測(cè)技術(shù)。和常規(guī)的漏磁、渦流、射線法相比具有檢測(cè)效率高、傳播距離遠(yuǎn)、檢測(cè)范圍大、不需要?jiǎng)冸x外包層、對(duì)埋地管道不需要全部開(kāi)挖、可以進(jìn)行在線檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，除了適用于一般的管道檢測(cè)，對(duì)高架管道、有包覆層的管道、埋地管道、管道在公路路基穿越段和穿墻段、在水中的運(yùn)行的管道等情況。與傳統(tǒng)的超聲波檢測(cè)相比，超聲導(dǎo)波技術(shù)有檢測(cè)距離長(zhǎng)(最長(zhǎng)達(dá)200米)、可對(duì)管、道進(jìn)行100%檢測(cè)、不需要耦合及和檢測(cè)方便快速的優(yōu)點(diǎn)。目前，針對(duì)超聲導(dǎo)波管道檢測(cè)的研究主要集中在缺陷定位方面。聚焦檢測(cè)方法，由于其能夠大幅度的提高缺陷回波強(qiáng)度，從而提高超聲導(dǎo)波對(duì)小缺陷的檢測(cè)能力，在近年來(lái)逐漸成為研究熱點(diǎn)?；谔摂M相控聚焦技術(shù)的超聲導(dǎo)波檢測(cè)方法是一種新型的聚焦檢測(cè)方法，具有對(duì)儀器設(shè)備要求低，檢測(cè)速度快，等優(yōu)點(diǎn)。目前在已經(jīng)公開(kāi)或者公開(kāi)發(fā)表的研究成果中，還沒(méi)有關(guān)于虛擬相控聚焦超聲導(dǎo)波檢測(cè)方法的研究成果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決目前超聲導(dǎo)波檢測(cè)過(guò)程中，對(duì)于微小缺陷檢測(cè)回波幅度低，分辨能力低的現(xiàn)狀。通過(guò)結(jié)合相控聚焦思想與虛擬合成方法，在提高缺陷回波幅值，提高檢測(cè)能力的同時(shí)，不過(guò)多的提高方法對(duì)儀器設(shè)備的要求。以最低的成本實(shí)現(xiàn)高分辨率高效的檢測(cè)。本發(fā)明主要利用虛擬合成方法，在信號(hào)后處理過(guò)程中，對(duì)多通道信號(hào)分別引入適當(dāng)?shù)臅r(shí)間延遲，補(bǔ)償各個(gè)通道信號(hào)到達(dá)聚焦點(diǎn)時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)虛擬的相控聚焦。主要包括以下步驟I)利用時(shí)間反轉(zhuǎn)式超聲導(dǎo)波管道檢測(cè)儀，對(duì)帶有缺陷的管道進(jìn)行常規(guī)超聲導(dǎo)波檢測(cè)，獲得聚焦前檢測(cè)曲線，與NXN個(gè)原始數(shù)據(jù)，N為通道數(shù)。2)設(shè)定管道上某個(gè)缺陷所在位置為聚焦點(diǎn)，利用各通道傳感器位置與聚焦點(diǎn)位置，計(jì)算出各個(gè)傳感器與聚焦點(diǎn)之間的距離Dn。3)利用管道中導(dǎo)波傳播波速c與步驟2)中各個(gè)傳感器與聚焦點(diǎn)之間的距離Dn，計(jì)算出導(dǎo)波從各個(gè)傳感器傳播到聚焦點(diǎn)所需的時(shí)間7: =—, i=l. 2…N。
C4)選取任意通道a的傳播時(shí)間Ta為參照，將步驟3)中計(jì)算出的所有的傳播時(shí)間都減去Ta，可以得到各個(gè)通道的時(shí)間延遲ATi=Ti-Ta, i = 1，2 "N，其中ATa=0。5)將步驟I)所得的NXN個(gè)原始數(shù)據(jù)，按照激勵(lì)通道不同，分為N組并疊加，得到N個(gè)疊加后信號(hào)SN。6)將步驟5)得到的疊加后信號(hào)Sn分別做快速傅立葉變換得到N個(gè)疊加后信號(hào)Sn對(duì)應(yīng)的頻譜fn。7)利用步驟4)得到的各個(gè)通道的時(shí)間延遲A Tn與步驟6)得到的頻譜Fn計(jì)算虛擬延遲后的N個(gè)疊加信號(hào)的頻譜 <=巧xe-PM。其中j代表虛數(shù)單位，Co代表角頻率。8)將步驟7)得到的延遲后的N個(gè)疊加信號(hào)的頻譜F',做傅立葉反變換得到延遲后的N個(gè)疊加信號(hào)S' N。9)將步驟8)得到的延遲后的N個(gè)疊加信號(hào)S' N疊加，得到最終的虛擬相控聚焦檢測(cè)信號(hào)。本發(fā)明是利用虛擬合成方法結(jié)合相控聚焦思想，實(shí)現(xiàn)超聲導(dǎo)波管道檢測(cè)信號(hào)在管道缺陷處的虛擬聚焦，其原理如下 I)相控聚焦思想是利用聚焦點(diǎn)位置與各個(gè)傳感器位置計(jì)算出激勵(lì)信號(hào)從傳感器傳播到聚焦點(diǎn)所在位置的時(shí)間，并由此計(jì)算出各個(gè)通道的激勵(lì)時(shí)間延遲。精確控制各個(gè)通道的激勵(lì)時(shí)間延遲并同步激勵(lì)，使得由傳感器激勵(lì)的信號(hào)同時(shí)到達(dá)聚焦點(diǎn)處，從而實(shí)現(xiàn)相控聚焦。2)虛擬合成方法是一種利用單通道系統(tǒng)替代多通道同步系統(tǒng)的信號(hào)后處理方法。其原理是利用一個(gè)單通道激勵(lì)-接收系統(tǒng)，在N個(gè)傳感器組成的傳感器陣列上，分別對(duì)每個(gè)傳感器激勵(lì)，每個(gè)傳感器接收，經(jīng)過(guò)多次激勵(lì)-接收過(guò)程。當(dāng)激勵(lì)，接收通道都分別跑遍了 I到N通道時(shí)，可以采集到NXN個(gè)信號(hào)組。將這NXN個(gè)信號(hào)組按照激勵(lì)通道不同分為N組，疊加，并分別引入延遲，將這N組延遲后的疊加信號(hào)再疊加，可以等效為N個(gè)傳感器分別延遲并同步激勵(lì)時(shí)，傳感器陣列所接收的信號(hào)。3)將相控聚焦思想中，需要多通道同步系統(tǒng)精確控制的時(shí)間延遲，利用虛擬合成方法，通過(guò)信號(hào)后處理的方式分別引入對(duì)應(yīng)的信號(hào)中。使得各組信號(hào)中從聚焦點(diǎn)反射回傳感器的反射回波經(jīng)過(guò)時(shí)間延遲補(bǔ)償，能夠在信號(hào)時(shí)間軸上處于同一個(gè)時(shí)間點(diǎn)。由此，延遲后信號(hào)經(jīng)過(guò)疊加，可以將聚焦點(diǎn)處的反射回波幅值大幅提高。常規(guī)相控聚焦方法需要通過(guò)一套高精度多通道同步激勵(lì)-接收設(shè)備精確控制各個(gè)通道的同步激勵(lì)時(shí)間延遲，使得各個(gè)通道的激勵(lì)信號(hào)能夠同時(shí)到達(dá)所設(shè)定聚焦點(diǎn)。因此，常規(guī)相控聚焦方法不僅對(duì)儀器設(shè)備要求極高，而且在對(duì)每一點(diǎn)進(jìn)行聚焦時(shí)都需要進(jìn)行一輪激勵(lì)-接收過(guò)程。對(duì)檢測(cè)區(qū)域成像時(shí)，聚焦點(diǎn)要掃描整個(gè)檢測(cè)區(qū)域，這就需要重復(fù)進(jìn)行無(wú)數(shù)次激勵(lì)-接收，檢測(cè)效率低。與常規(guī)相控聚焦方法相比本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1)僅需要I輪激勵(lì)-接收，便可以對(duì)整個(gè)檢測(cè)區(qū)域的任意一點(diǎn)進(jìn)行聚焦檢測(cè)，檢測(cè)效率高；2)利用單通道系統(tǒng)替代多通道同步系統(tǒng)，對(duì)儀器設(shè)備要求低；3)利用一輪激勵(lì)-接收采集到足夠的數(shù)據(jù)就能夠?qū)φ麄€(gè)檢測(cè)區(qū)域能夠?qū)崿F(xiàn)成像，檢測(cè)結(jié)果直觀。


圖I常規(guī)檢測(cè)曲線圖2原始數(shù)據(jù)圖3疊加后信號(hào)Sn圖4疊加后信號(hào)Sn對(duì)應(yīng)的頻譜Fn圖5延遲后的8個(gè)疊加信號(hào)的頻譜F' N
圖6延遲后的8個(gè)疊加信號(hào)S' N圖7虛擬相控聚焦檢測(cè)信號(hào)
具體實(shí)施例方式結(jié)合本發(fā)明方法的內(nèi)容提供以下試驗(yàn)實(shí)施例(I)利用時(shí)間反轉(zhuǎn)式超聲導(dǎo)波管道檢測(cè)儀(見(jiàn)專(zhuān)利ZL200610144294)與由8個(gè)傳感器組成的傳感器陣列，對(duì)一根長(zhǎng)2米外徑144毫米壁厚5毫米帶有缺陷的鋼制無(wú)縫鋼管進(jìn)行檢測(cè)，獲得如圖I所示的常規(guī)檢測(cè)曲線，以及如圖2所示的8X8的原始數(shù)據(jù)。(2)設(shè)定管道上某個(gè)缺陷所在位置為聚焦點(diǎn)，利用各通道傳感器位置與聚焦點(diǎn)位置，計(jì)算出各個(gè)傳感器與聚焦點(diǎn)之間的距離D1^IijSD1=L 4003m, D2=L 4024m, D3=L 4067m, D4=L 4032m，D5=L 4032m，D6=L 4067m，D7=L 4024m，D8=L 4003m。(3)利用管道中導(dǎo)波傳播波速c = 4. 4783 X 103m/s與各個(gè)傳感器與聚焦點(diǎn)之間的距離Dn，計(jì)算出導(dǎo)波從各個(gè)傳感器傳播到聚焦點(diǎn)所需的時(shí)間Tn分別為，I\=2. 9490X IO-4S,T2 = 2. 9535 X 1(T4s, T3=2. 9626 X I (T4s , T4=2. 976 I X l(T4s , T5=2. 976 I X l(T4s ,T6=2. 9626X 10_4s，T7=2. 9535X 10_4s，T8=2. 9490X 10_4s。(4)選取I通道的傳播時(shí)間T1為參照，將所有的傳播時(shí)間都減去T1，可以得到各個(gè)通道的時(shí)間延遲 A Tn，分別為AT1 = Os，AT2 = 4. 5425X 10_7s, AT3=L 3607X 10_6s,A T4=2. 7151X10_6s, A T5=2. 7151X10_6s, T6=2. 9626X 10_4s, T7=2. 9535X 10_4s, AT8=Os0(5)將步驟(I)所得的8X8個(gè)原始數(shù)據(jù)，按照激勵(lì)通道不同，分為8組并疊加，得到如圖3所示的8個(gè)疊加后信號(hào)Sn。(6)將步驟(5)得到的疊加后信號(hào)Sn分別做快速傅立葉變換得到8個(gè)疊加后信號(hào)Sn對(duì)應(yīng)的頻譜Fn,如圖4所示。(7)利用步驟⑷得到的各個(gè)通道的時(shí)間延遲A Tn與步驟(6)得到的頻譜算虛擬延遲后的8個(gè)疊加信號(hào)的頻譜總=F1Xe-^7'，如圖5所示。(8)將得到的延遲后的8個(gè)疊加信號(hào)的頻譜F',做傅立葉反變換得到延遲后的8個(gè)疊加信號(hào)S' N，如圖6所示。(9)將得到的延遲后的8個(gè)疊加信號(hào)S' N疊加，得到最終的虛擬相控聚焦檢測(cè)信號(hào)，如圖7所不。可以明顯看出缺陷回波幅度有大幅提聞。
權(quán)利要求
1.基于虛擬相控的導(dǎo)波信號(hào)分析方法，其特征在于，包括以下步驟 1)利用時(shí)間反轉(zhuǎn)式超聲導(dǎo)波管道檢測(cè)儀，對(duì)帶有缺陷的管道進(jìn)行常規(guī)超聲導(dǎo)波檢測(cè)，獲得聚焦前檢測(cè)曲線，與NXN個(gè)原始數(shù)據(jù)，N為通道數(shù)； 2)設(shè)定管道上某個(gè)缺陷所在位置為聚焦點(diǎn)，利用各通道傳感器位置與聚焦點(diǎn)位置，計(jì)算出各個(gè)傳感器與聚焦點(diǎn)之間的距離Dn ； 3)利用管道中導(dǎo)波傳播波速c與步驟2)中各個(gè)傳感器與聚焦點(diǎn)之間的距離Dn，計(jì)算出導(dǎo)波從各個(gè)傳感器傳播到聚焦點(diǎn)所需的時(shí)間:
全文摘要
本發(fā)明涉及基于虛擬相控的導(dǎo)波信號(hào)分析方法，屬于無(wú)損檢測(cè)信號(hào)分析領(lǐng)域。為了解決目前超聲導(dǎo)波檢測(cè)過(guò)程中，對(duì)于微小缺陷檢測(cè)回波幅度低，分辨能力低的現(xiàn)狀。通過(guò)結(jié)合相控聚焦思想與虛擬合成方法，在提高缺陷回波幅值，提高檢測(cè)能力的同時(shí)，不過(guò)多的提高方法對(duì)儀器設(shè)備的要求。以最低的成本實(shí)現(xiàn)高分辨率高效的檢測(cè)。本發(fā)明主要利用虛擬合成方法，在信號(hào)后處理過(guò)程中，對(duì)多通道信號(hào)分別引入適當(dāng)?shù)臅r(shí)間延遲，補(bǔ)償各個(gè)通道信號(hào)到達(dá)聚焦點(diǎn)時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)虛擬的相控聚焦。本發(fā)明僅需要1輪激勵(lì)-接收，便可以對(duì)整個(gè)檢測(cè)區(qū)域的任意一點(diǎn)進(jìn)行聚焦檢測(cè)，檢測(cè)效率高；對(duì)儀器設(shè)備要求低；能夠?qū)φ麄€(gè)檢測(cè)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)成像，檢測(cè)結(jié)果直觀。
文檔編號(hào)G01N29/07GK102721748SQ20121019386
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月12日
發(fā)明者何存富, 吳斌, 符浩 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)