[发明专利]基于超声导波的管道结垢检测与识别方法

说明书

本发明涉及一种基于超声导波的管道结垢检测与识别方法，属于管道检测技术领域。包括以下步骤：信号发生模块产生激励电压信号，由信号调理模块处理后作用于换能器模块，换能器模块基于压电效应将电压信号转换成机械振动信号，从而产生沿着管道传播的超声导波信号，遇到结垢区域时由于声阻抗的变化产生反射波信号，由同样的换能器模块接收，经信号调理模块处理后由信号采集模块记录，最后进入上位机模块进行处理与分析，从而判断管道内壁的结垢状况。本发明方法能有效地检测识别出管道的结垢区域，检测距离长，并且可以实现在不停产的条件下的在线监测。

技术领域

本发明涉及一种基于超声导波的管道结垢检测与识别方法，属于管道检测技术领域。

背景技术

现代工业中，管道运输在石油化工、天然气制备、自来水、食品加工和制药等行业中具有极其重要的地位。但长时间运输物质会导致管道内出现结垢现象，结垢严重时会堵塞管道，引发安全生产事故。因此准确地检测出管道内壁的结垢情况，识别出结垢区域，对于提高管道运输的安全性、降低生产运输成本具有十分重要的意义。

传统的管道结垢检测方法中，通过检测管道内的流体流速、压力等参数估计结垢情况，有时甚至不用任何测量，根据以往经验直接估计，并不能够及时准确地获知管道内结垢层状况。不能够及时检测到结垢层会导致除垢延误，没达到除垢条件就进行处理会使得管道本身受到损害，因此需要实时在线地检测评估管道内结垢状况，以便于及时去除结垢层。

近年来发展出一种快速、长距离、大范围、相对低成本的无损检测方法，超声导波技术。超声导波是一种由边界制导传播的超声波，在管道中传播的超声导波，传播路径长、衰减小，相比于传统超声检测可以实现长距离、大范围的检测。超声导波在管道检测上的应用目前主要集中于缺陷检测上，对于管道内的结垢状况同样能够进行检测，及时有效地检测区别出管道缺陷与结垢，对于高效地去除管道内壁的垢层有着重要的作用。

基于超声导波技术的管道结垢检测与识别方法，可以对长距离管道内壁的结垢区域进行检测与识别。当超声导波沿着管道传播时，在遇到结垢区时由于声阻抗的变化产生反射波，通过对反射波的处理检测识别出管道的结垢区域。

发明内容

本发明提出了一种基于超声导波的管道结垢检测与识别方法，技术方案包括以下步骤：

S1、信号发生模块产生激励电压信号；

可选的，上述信号发生模块产生的激励电压信号为脉冲信号。脉冲信号的脉冲宽度、频率以及能量均可控，激励信号频率在20KHz以上。

可选的，激励信号由以微处理器为核心的集成信号发生模块产生；也可由通用的信号发生器产生；也可由多功能数据采集卡产生；也可由专门研制开发的超声导波激励装置产生。

S2、激励电压信号由信号调理模块处理后再作用于换能器模块；

可选的，上述信号调理模块由信号放大、滤波以及激励接收信号隔离三部分组成，包括对激励与接收信号的隔离、放大与滤波处理。

S3、换能器模块产生沿着管道传播的导波信号；

可选的，上述换能器模块由压电超声换能器组成，换能器组沿轴向均匀分布于待测管道的外表面，并用夹具固定。换能器模块基于压电效应将电压信号转换成机械振动信号，从而将电压信号转换为超声导波信号作用于管道壁，同时也用于接收反射波信号。

S4、导波信号遇到结垢区域时产生相应的反射波信号；

S5、反射波信号由同样的换能器模块接收，经信号调理模块处理后由信号采集模块采集，最后进入上位机模块进行处理与分析。

可选的，上述信号调理模块由信号放大、滤波以及激励接收信号隔离三部分组成，包括对激励与接收信号的隔离、放大与滤波处理。