[发明专利]多模态导波工业管道诊断方法

摘要

本发明公开了一种多模态导波工业管道诊断方法，用于对管道缺陷的实时诊断，并对缺陷进行定位、定量、定性和早期诊断。诊断装置包括计算机、主机、传感器阵列三大模块，通过改变传感器阵列，由多通道时延信号激励系统激励出L(0,2)和T(0,1)模态超声导波两种模态进行检测，提高对不同缺陷诊断的准确性，主机采集通道通过多组采集卡和转换开关组合电路，采集传整环感器整环信号和单个传感器信号，对信号处理得DAC时程位移曲线和模态对称曲线对缺陷进行定量、定位和早期诊断，提取信号特征参数构成一维特征向量用于缺陷的类型识别，本发明可对管道进行实时在线检测、检测准确性高。

主权项

1.一种多模态导波工业管道诊断方法，多模态导波工业管道诊断装置包括计算机(1)、主机(2)、传感器阵列环(3)，所述主机(1)包括处理器(4)、两个激励通道(5)、存储器(6)、电源(7)、模数转换器(10)、调理电路(11)、多路采集卡(12)、转换开关(13)、接口设备(14)；所述激励通道(5)包括数模转换器(8)、功率放大器(9)；所述存储器(6)、电源(7)与处理器(4)相连，所述处理器(4)与接口设备(14)相连，所述接口设备(14)与计算机(1)相连，所述处理器(4)与数模转换器(8)相连，所述数模转换器(8)与功率放大器(9)相连，所述传感器阵列环(3)由3组相同规格和数量的传感器构成，其中两组为信号激励环，分别连接所述两个激励通道(5)的功率放大器(9)；另一组作为信号采集环与所述多路采集卡(12)的输入端相连，所述多路采集卡(12)的输出端与调理电路(11)相连，所述多路采集卡(12)的输出端还与转换开关(13)相连，所述转换开关(13)将多路采集卡(12)输入的信号并联后传输至调理电路(11)，所述调理电路(11)与模数转换器(10)相连，所述模数转换器(10)与处理器(4)相连；其特征在于，通过分别激励对称的L(0，2)模态导波和对称的T(0,1)模态导波，每种模态激励导波在传播过程中遇到缺陷时产生一部分模态转换,产生多模态回波信号，用以对缺陷进行定位、定量、定性诊断分析,多模态导波工业管道诊断方法包括以下步骤：1)将传感器环阵列纵向均匀分布，两组信号激励环间距为C/(4*fc)，其中C为激励导波波速，fc为激励信号的中心频率；2)输入波形频率fc、波形的周期数n、检测管道长度、传感器个数，两通道的延迟时间为C/(4*fc)，由计算机根据用户输入波形频率和周期数生成窗函数调制的脉冲数字波形，传送至主机的处理器，波形公式为：y(t)为激励信号函数，t为传播的时间；3)主机将数字波形分别送入两个激励通道中，经数模转换器转换成模拟波形，再经调理和放大，延时驱动激励传感器阵列环，激励出轴对称L(0,2)模态导波；4)采集通道中的采集卡采集单个传感器上的回波信号，转换开关用于将单个传感器信号并联构成整环信号，最终实现同时采集单个传感器信号和整环传感器信号，然后对信号进行调理放大和模数转换，暂存在存储器；5)提取整环传感器信号幅值包络线，并对信号进行带通滤波器滤波处理，滤波器中心频率为计算机设置的激励频率；6)以信号采集环第一次接收的整环回波信号为起始波，提取起始波的极大值，根据导波衰减公式，绘制DAC时程衰减曲线来进行管道结构特征的区分和缺陷的定量分析，所述DAC时程衰减曲线包括法兰DAC时程衰减曲线、焊缝DAC时程衰减曲线、缺陷DAC时程衰减曲线，当整环回波信号幅值最高点位于法兰DAC时程衰减曲线以上区域时，判定回波信号为法兰特征；当整环回波信号幅值最高点位于法兰DAC时程衰减曲线以下和焊缝DAC时程衰减曲线以上时，判定回波信号为管道焊缝；当整环回波信号幅值最高点位于焊缝DAC时程衰减曲线以下和缺陷DAC时程衰减曲线以上区域时，判定回波信号为疑似缺陷；所述导波衰减公式如下：y＝e‑0.02675x7)将采集到的单个传感器信号根据模态对称算法处理得到模态对称曲线，将模态对称曲线和整环传感器信号建立在时间幅值图下，比较某一时间下整环传感器信号与模态对称曲线信号的幅值比σ，当σ大于1时，可判定该时刻下存在缺陷；当σ大于1/2时，可判定该时刻下具有早期缺陷；当σ小于1/2时，判定该时刻下没有缺陷；所述模态对称曲线是通过对单个传感器或传感器组信号处理所得，L(0,2)模态导波在传播过程中遇到缺陷时发生模态转换,部分产生非对称的弯曲F(1,3)模态，用于量化转换模态幅值，处理方法为选择管道截面任意两个中心对称传感器波形相互叠加，然后取平均值进行绘制，如以下算法：N为组成一环传感器的个数，为单个传感器接收信号的幅值，Y为经叠加后的波形幅值；8)对所得的缺陷信号进行定位分析，T为通过计算确定的缺陷信号距离激励波的间隔时间，根据激励出的导波波速C，算出管道在L位置存在缺陷，对缺陷进行定位分析，定位公式如下：L＝CT/2；9)待一次检测完成后，调整传感器阵列环为横向均匀分布在管道外壁，重复上述参数设定，从而激励出剪切T(0,1)模态导波；T(0,1)模态导波在传播过程中遇到缺陷时发生模态转换,部分产生非对称的弯曲F(1,2)模态,用于量化转换模态幅值；由于L(0,2)模态导波和T(0,1)模态导波及其产生的转换模态导波针对不同的缺陷，其敏感度不一样，为避免对缺陷的漏检，在激励两种模态情况下选择模态对称曲线出现峰值的次数较多的波形作为可信波形。