[发明专利]基于导波聚集扫描的远距离管道成像方法和系统

说明书

技术领域

本发明是一种基于导波聚焦扫描的远距离管道成像方法和系统。涉及超声波的测量和管道系统技术领域。 

背景技术

成千上万的长管道遍布全世界各地，其中许多管道由于长时间的服务存在如腐蚀之类的问题，在役管道的材料异常可能会导致灾难的故障。因此，定期的对管道的完整性进行检测成了维护这些管道不可或缺的指导。 

在过去的几十年，相控阵聚焦扫描在无损检测(NDT)已经受到了相当的重视，大多数的相控阵的设备使用的体波，通过改变体波成导波，因为导波的能量只限于边界，并能够沿边界传播很长的距离，有可能测试如钢板、钢管整个结构。 

传统的超声波检测(NDT)中通常用的是体波，因为它们很容易实现。但是传统的相控阵超声波检测技术检测结构是逐点进行的，这使体波超声检测繁琐，费时，昂贵而且难以使用在有涂层和地下管线的结构上。 

在有边界的结构中(如：平板和圆筒)，超声导波表现出了强大的结构跟随趋势而且可以传播很长距离，这种沿结构界面或靠近界面传播能量的波就是导波。由于其低衰减，导波适合远距离无损检测。导波通常比体波复杂得多，也正是这种复杂性给导波提供了更多的选择性，导波技术给我们的检测提供了更快更经济的方式。 

导波技术的探索在一个世纪前已经开始了，并在20世纪得到了发展(兰姆波，1917；勒夫波，1944；瑞利波，1945)。但是直到20世纪后期，导波技术才被应用到了无损检测和设备状态监测上。出版大量的导波检测管道和油管的文献(Alleyne Cawley，1997；Guo Kundu，2000；Mohr Holler，1976；Na Kundu2002；Roseetal.，1994；Thompson et al.，1972).1959年Gazis首次获得了空心圆柱体的完全自由振动模态。在前人的基础上，2002年Li和Roes发展了创新的管道导波技术，这种技术加强了传播的能量并在管道检测中提供了周向的分辨率。 

远程管道成像概念是非常新的，Hayashi和Murase在2005进行了导波管道成像的第一次尝试，他们把异常的信号分解到管道的正常模式上，信息处理以后构建了异常的图像。但是他们所采用的激发电压低，所以检测距离非常短。CN1521503A公开了一种全数字相控阵超声波无损检测系统及方法，它对检测区域 进行生束聚焦扫描检测，数字化精确确定聚焦声束扫描方案和缺陷反射源的位置，但不能多次聚焦，检测距离短，精确度和定位还是不够准确。 

发明内容

本发明的目的是发明一种激发能量更大、检测距离更长、精度和定位更准确的基于导波聚焦扫描的远距离管道成像方法和系统。 

本发明的方法是利用换能器激发超声信号并且调整振幅因素与时间延时，使超声波聚焦在管道中任何预定位置，并采用多通道相控阵阵列在每个检测距离进行多次聚焦，改变聚焦点在管道中的距离，将每个聚焦区的最大振幅记录并构建图像，就可以得到整个管道的聚焦扫描。 

利用换能器将电能转化为声能发射超声信号，电路设计实现调幅，并在算法中为换能器阵列加入时序，实现不同时间延迟(以下简称时延)，通过不同延时和幅值的换能器阵列激发的声信号相互作用组合，实现可在特定传播方向和距离上得到最大特征反射信号，即聚焦。再通过算法和电路不断改变幅值和延时，从而改变聚焦位置，在不同位置进行多次聚焦，组合构建图像。 

整个检测过程由两个主要阶段构成：时延测定阶段；聚焦测试阶段。其中时延测定阶段为准备阶段，其过程为所有通道进行无任何时延的导波检测，形成多通道导波初始检测曲线，其中含有缺陷对象的特征：p，以及共有n通道的检测装置中的第i通道换能器到达该特征的时间： T_p即通道导波曲线时间零位 到p特征峰值对应时间点 的一半(传至并传回两段)； 

tpi=Tpi2---(1.1)]]>