[发明专利]一种基于超声导波的管道弯曲检测方法

权利要求书

1.一种基于超声导波的管道弯曲检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一：在被测管道(1)的位置A处激发纵波模态超声导波，该纵波模态超声导波能够在被测管道(1)内部沿其轴向传播；

步骤二：在被测管道(1)的位置B处采集被测管道(1)中传播的导波信号；

步骤三：判断位置B采集到的导波信号是否存在弯曲模态超声导波，是则位置A至位置B之间存在弯曲，否则位置A至位置B之间不存在弯曲；

所述方法还包括：

利用下式获得位置A至弯曲位置之间的距离x，从而确定弯曲位置：

其中，y为弯曲位置至位置B之间的距离，L为位置A与位置B之间的距离，c_gL为纵波模态超声导波的群速度，c_gF为弯曲模态超声导波的群速度，Δt＝t₂-t₁，t₁为位置A激发纵波模态超声导波时刻，t₂为位置B采集导波信号时刻。

2.根据权利要求1所述的一种基于超声导波的管道弯曲检测方法，其特征在于，所述方法还包括：根据位置B采集到的导波信号判断被测管道(1)的弯曲方向，具体为：

在位置B处沿被测管道(1)同一圆周面的周向设置多个信号采集组，每组包括两个周向位置相差90°的采集点，

将所有信号采集组中，电压响应最小的采集点所在直径方向作为被测管道(1)弯曲方向。

3.根据权利要求1所述的一种基于超声导波的管道弯曲检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

首先，采用实验或仿真的方式获得管道不同弯曲程度所对应的导波信号，并建立弯曲程度与导波信号幅值之间的对应关系；

然后，将位置B处采集到的导波信号通过衰减补偿的方式还原获得导波信号幅值；

最后，采用上述补偿后的导波信号幅值，通过上述对应关系来标定被测管道(1)弯曲的程度。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种基于超声导波的管道弯曲检测方法，其特征在于，步骤一具体为：

在被测管道(1)的位置A处设置纵向导波激励探头(2)，利用高频信号发生模块(4)输出窄带短时超声脉冲电压施加在纵向导波激励探头(2)上，使得纵向导波激励探头(2)产生轴对称的纵波模态超声导波。

5.根据权利要求4所述的一种基于超声导波的管道弯曲检测方法，其特征在于，

纵向导波激励探头(2)为沿被测管道(1)周向均匀布置的多个超声换能器，多个超声换能器均粘贴在被测管道(1)的外表面。

6.根据权利要求4所述的一种基于超声导波的管道弯曲检测方法，其特征在于，窄带短时超声脉冲电压的表达式如下：

其中，t为时间，K为信号峰值，H(t)为赫维赛德阶跃函数，n为波形包含周期数，f_c为窄带短时超声脉冲的中心频率。

7.根据权利要求4所述的一种基于超声导波的管道弯曲检测方法，其特征在于，窄带短时超声脉冲电压被施加在纵向导波激励探头(2)之前需要通过功率放大器进行信号增强。

8.根据权利要求5所述的一种基于超声导波的管道弯曲检测方法，其特征在于，超声换能器采用两圈换能器进行激励以形成单一方向的信号传播模式。

9.根据权利要求5所述的一种基于超声导波的管道弯曲检测方法，其特征在于，所述超声换能器为磁致伸缩类、压电类或电磁超声类，具体为伸缩型压电传感器或电磁超声换能器。

10.根据权利要求1、2或3所述的一种基于超声导波的管道弯曲检测方法，其特征在于，步骤二中，利用能够检测面内剪切变形的面剪切型超声换能器(3)采集导波信号，并利用示波器(5)接收面剪切型超声换能器(3)的电压响应信号。