[发明专利]一种基于超声导波的管道弯曲检测方法

说明书

一种基于超声导波的管道弯曲检测方法，涉及结构健康监测和无损检测技术领域。本发明是为了解决现有管道变形检测方法需要布设大量传感器，或者每次只测管道上一个点的深度，费时费力、探测精度不高，进而导致具有很大局限性的问题。本发明所述的一种基于超声导波的管道弯曲检测方法，首先在管道某一位置激励产生纯纵向导波模态，然后将至少两个面剪切型超声换能器布设于距激励一定距离的管道表面。通过一段距离两端的换能器形成激励接收一体化系统，测量得到管道顶部和侧面位置超声导波透射信号，来检测激励与接收换能器间管道的弯曲情况。同时，通过对同一截面两个微型接收换能器信号的波包特征和差异进行分析，即可识别弯曲部位和弯曲方向。

技术领域

本发明属于结构健康监测和无损检测技术领域，尤其涉及管道弯曲检测。

背景技术

由大变形引起的应力破裂是管道损伤中较为常见的情况，这些大变形通常是由各种复杂的载荷引起的，例如由于地震、交通重载、地下挖空等造成的土壤沉降。另外，由于人为机械作业产生的剧烈冲击、管道内部长期结垢导致局部压强变大形成的鼓涨、管道下方土质或岩石拱起导致的局部内凹或整体变形等都可能导致管道局部区域的应力破裂，进而导致严重的事故和灾难，因此，及时进行管道弯曲变形监测和检测非常必要。

目前的管道变形检测方法主要是通过附加在管道表面的传感器进行应变测量，但这种方法需要预先安装传感器，且需要沿管道长度布设大量传感器，在很多实际情况下并不可行。另外，针对管道的弯曲变形监测中也有使用到探地雷达的方法，根据探测到的管道各部分深度、弯曲方向来判断其弯曲程度。但该方法每次只测管道上一个点的深度，费时费力、探测精度不高，而且在炎热和严寒环境下人员很难长时间工作。

发明内容

本发明是为了解决现有管道变形检测方法需要布设大量传感器，或者每次只测管道上一个点的深度，费时费力、探测精度不高，进而导致具有很大局限性的问题，现提供一种基于超声导波的管道弯曲检测方法。

一种基于超声导波的管道弯曲检测方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：在被测管道的位置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内部沿其轴向传播；

步骤二：在被测管道的位置B处采集被测管道中传播的导波信号；

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。

进一步的，上述方法还包括：

根据位置B采集到的导波信号判断被测管道的弯曲方向，具体为：在位置B处沿被测管道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弯曲方向。

进一步的，上述方法还包括：

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。

进一步的，上述方法还包括：

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弯曲的程度。

进一步的，上述步骤一具体为：