[发明专利]天然气管道裂纹电磁超声斜向导波检测方法

摘要

天然气管道裂纹电磁超声斜向导波检测方法，其特征在于电磁超声换能器单元采用分裂式折线线圈和永磁体磁块组成。发射电磁超声换能器单元在管道内检测器上沿斜向布置，产生的超声导波对于在其传播路径上的各个方向的裂纹都有一定的检测灵敏度。单个发射电磁超声换能器单元的斜向超声导波与裂纹作用后的散射导波被分别安置在发射电磁超声换能器单元两侧的两个环状接收换能器组所接收。多个发射换能器单元布置为环状的一组，按时间先后依次产生斜向导波从而覆盖管道壁的整个圆周，根据接收到的导波信号和换能器布置情况确定裂纹缺陷的位置和尺寸。本发明实现了对天然气管道壁内裂纹的非接触、无液体耦合检测，且可用于各种方向的裂纹缺陷。

主权项

1. 一种天然气管道裂纹电磁超声斜向导波检测方法，该方法从天然气管道内部检测管道壁内各个方向的裂纹缺陷，其特征在于包括以下步骤：1)将斜向布置在内检测器上的多个发射电磁超声换能器单元(4a)沿管道内壁圆周环状排列，形成发射换能器组(5)；所述的电磁超声换能器单元由永磁体磁块(1)和折线线圈(2)组成，分裂式折线线圈放置在永磁体磁块的N极和S极之间，永磁体磁块在管道壁内生成平行于折线线圈导线的恒定偏置磁场；发射电磁超声换能器单元的线圈导线和恒定偏置磁场与管道轴向成45°夹角；2)在所述发射换能器组的两侧分别设置接收换能器组(6)，接收换能器组由布置在内检测器上的多个接收电磁超声换能器单元(4b)沿管道内壁圆周环状排列而成，接收电磁超声换能器单元的折线线圈导线和恒定偏置磁场都在管道圆周方向上；3)在发射换能器组中的某一个发射电磁超声换能器单元的折线线圈内通入由连续的若干个正弦波形构成的脉冲串作为激励；在交变激励电流产生的交变磁场和恒定的偏置磁场的共同作用下，发射电磁超声换能器单元产生垂直于线圈导线和偏置磁场的沿管道壁斜向传播的切变超声导波；然后各个发射电磁超声换能器单元间隔1～2ms依次先后发射斜向超声导波，从而覆盖管道的整个圆周；4)发射换能器组中的发射电磁超声换能器单元的斜向入射超声导波(12)与裂纹缺陷作用后的反射导波(13)和折射导波(14)被接收换能器组(6)接收到；5)假设相对于裂纹上导波散射点的入射、反射和折射导波的传播距离分别为a、b和c，入射和折射导波传播路径夹角为α，折射和反射导波传播路径夹角为β，反射和入射导波传播路径夹角为γ，三个角度之和为360°；以左侧接收换能器组中具有最大响应幅度的接收电磁超声换能器单元的位置作为反射导波到达的位置，发射电磁超声换能器单元到该位置距离为C；以右侧接收换能器组中具有最大响应幅度的接收电磁超声换能器单元的位置作为折射导波到达的位置，发射电磁超声换能器单元到该位置距离为A；接收到反射和折射导波的两个接收电磁超声换能器单元之间距离为B；根据接收到的导波信号特征的出现时间，测得a+b＝D和a+c＝E的值；由此建立如下含有六个未知数a、b、c、α、β和γ的方程组：从求解结果得到裂纹缺陷上导波散射点的位置；相邻的几个发射电磁超声换能器单元依次发射超声导波并分别和同一个裂纹缺陷(10)作用，导波散射点的连线决定了裂纹缺陷的具体位置和开裂方向；未与裂纹缺陷作用的入射导波从裂纹缺陷两侧传播过去，与裂纹缺陷有作用的导波发生反射和折射；从与裂纹有作用的发射电磁超声换能器单元的位置和数目估算裂纹尺寸；假设与裂纹缺陷有作用的发射电磁超声换能器单元的周向覆盖距离为F，裂纹缺陷与斜向入射导波传播方向的夹角为θ，则裂纹尺寸的估算值为：6)所有发射电磁超声换能器发射导波结束并且散射导波被接收换能器组接收后，载有全部电磁超声换能器的管道内检测器沿管道伸展方向前进，在内检测器上的里程轮的触发下前进一个采样间隔的距离后开始下一次生成导波、检测裂纹缺陷的过程。