[发明专利]基于高频散超声导波的锚固件径向最大腐蚀深度检测方法及系统

说明书

本公开涉及一种用于圆柱状结构部件的径向最大腐蚀深度检测方法及系统，其中，方法包括：获取在部件中轴向传播的频散超声导波的时域信号；对时域信号进行短时傅里叶变换，生成时间‑频率关系；根据时间‑频率关系和部件的长度，确定群速度频散曲线；基于群速度频散曲线确定目标模式的第一截止频率；根据第一截止频率、预先标定的目标模式的第二截止频率和半径，计算部件的径向最大腐蚀深度。根据本公开的技术方案能够实现锚栓等圆柱状结构中径向最大腐蚀深度的定量检测，提高腐蚀深度检测精度，且无需拆卸锚栓，实现在役检测，操作简便，节约成本。

技术领域

本公开涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种用于圆柱状结构部件的径向最大腐蚀深度检测方法及系统。

背景技术

在风电设备中，针对连接桨叶与转轴的螺栓和针对水泥基中固定整个风电塔筒的锚栓这两类连接件的损伤检测具有重要意义。一方面，螺栓和锚栓均承受疲劳载荷，易萌生微裂纹，并由其在持续服役过程中逐渐扩展致使连接件完全断裂失效；另一方面，螺栓、锚栓等零件在长时极端服役环境下，易受多种侵蚀而逐渐出现腐蚀缺陷，进而损害风电机组整体的使用寿命。损伤缺陷的萌生与扩展对连接件的服役可靠性产生极大影响，一旦单个连接件失效，阵列受力平衡被打破带来载荷不均匀分配，导致阵列中所有连接件加速失效、服役寿命断崖式降低。而海上风电设备，因其工作环境湿度高、盐分高，腐蚀情形屡见不鲜，且锚固件深埋的水泥基与海水直接接触，腐蚀程度更加严重。因此，开展针对锚固件的腐蚀损伤检测对保障风电机组的安全可靠服役与剩余使用寿命预测至关重要。

相关技术中，针对风电机组中的锚固件检测，如采用磁粉检测、射线检测、超声体波检测等，均需将零件完全拆卸，暴露于整台设备之外，才能对其展开全局排查，检测难度高、检测成本高，且难以用于已在安装工位上服役的锚固件。

此外，风电工业中通过采用大于强度设计要求直径的锚栓以提高安全系数，然而，对于一台发电机组，锚栓使用量可以达到几十根，国内外大规模分布海上、陆上风电机组中长期间服役的锚栓数量庞大，锚固件直径补偿将显著增加制造成本。并且对于长时间服役过程，锚栓腐蚀不可避免，有必要对锚栓腐蚀程度进行主动监测，根据监测结果主动替换锚栓，以提升锚栓服役和更换的经济性。

相关技术中，通过超声体波进行检测的方法：锚栓安装在工位时，超声体波仅能对锚栓长度进行表征，而无法对结构厚度实现全覆盖检测，因此必须对锚栓端面逐点扫描才能获得锚栓的全范围信息。而腐蚀是一种长时间逐渐累积的损伤形式，呈现轴向尺寸渐变的特征，边界通常不发生明显反射，因此难以通过传统超声体波进行腐蚀检测。

相关技术中，通过超声相控阵进行检测的方法：相控阵成像是通过控制阵列换能器中各个阵元激励(或接收)脉冲的时间延迟，改变由各阵元发射(或接收)声波到达(或来自)物体内某点时的相位关系，实现聚焦点和声束方位的变化，从而完成相控阵波束合成，形成成像扫描线的技术。然而，使用超声相控阵进行检测时，扫描区域过长会使扫描聚焦远端的检查范围受到声束转角的影响增大，难以通过调整声束转角实现远端连续精准测量；且利用反射波检测时，由于波传播距离长，缺陷引起的反射时间变化相较于整个检测过程过小，对毫米级的腐蚀检测灵敏度不够，因此难以实现长锚栓腐蚀缺陷的定量检测与评价。

因此，针对相关技术中存在的成本高、检测准确度低、无法实现在役检测等问题，亟需发展一种能够实现锚栓腐蚀缺陷定量在役检测的方案。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种用于圆柱状结构部件的径向最大腐蚀深度检测方法及系统。

第一方面，本公开实施例提供了一种用于圆柱状结构部件的径向最大腐蚀深度检测方法，包括：

获取在所述部件中轴向传播的频散超声导波的时域信号；

对所述时域信号进行短时傅里叶变换，生成所述时域信号的时间频率关系；

根据所述时间频率关系和所述部件的长度，确定所述频散超声导波的群速度频散曲线；