[发明专利]基于全波形反演法的起重机异形截面结构起重伸缩臂的检测方法

摘要

本发明公开了基于全波形反演法的起重机异形截面结构起重伸缩臂的检测方法，属于无损检测技术领域。激励传感器阵列与采集传感器阵列分别安装在异形截面结构起重伸缩臂的两端，检测仪内整个信息的传输由控制模块完成调度。全波形反演分为频率循环与迭代循环两部分。通过分析残差数据建立得到目标函数，相关残差数据会作为相关变量引入到拟合计算中。当误差满足需要后就可以结束迭代，改变频率利用上一频率得到的模型作为初始模型mk继续重复迭代。最终仿真模型经过全波形反演法处理能够拟合实际测量结果，实现起重机异形截面结构起重伸缩臂的腐蚀缺陷成像检测。本发明使用了观测数据中的全波形信息，极大地提高了缺陷检测的精度。

主权项

1.基于全波形反演法的起重机异形截面结构起重伸缩臂的检测方法，首先要搭建检测装置，该装置包括多通道超声检测仪(4)、激励传感器阵列(2)以及采集传感器阵列(3)；多通道超声检测仪(4)是由多通道激励模块(6)，多通道接收模块(8)，控制模块(5)以及解析显示模块(7)组成；激励传感器阵列(2)与采集传感器阵列(3)分别安装在异形截面结构起重伸缩臂(1)的两端，激励传感器阵列(2)与多通道激励模块(6)相连接，采集传感器阵列(3)则与多通道接收模块(8)连接，多通道接收模块(8)与解析显示模块(7)连接，多通道超声检测仪(4)内整个信息的传输由控制模块(5)完成调度。该检测方法包括以下步骤：S1在异形截面结构起重伸缩臂(1)一端安装激励传感器阵列(2)，在导波传播方向距离激励传感器阵列(2)的L处的轴向位置布置采集传感器阵列(3)；其中两传感器阵列内分别有若干个传感器，激励传感器阵列(2)用于在异形截面结构起重伸缩臂(1)中激励导波信号，而采集传感器阵列(3)则接收导波信号；激励传感器阵列(2)与采集传感器阵列(3)布置时需考虑截面形状影响；虽然在异形截面结构起重伸缩臂(1)轴向两连续面夹角处的受腐蚀可能性最高，但由于腐蚀权限存在扩散的过程，而且夹角的存在会对传感器阵列布置以及数据处理而造成困难，降低检测效率；因此，在异形截面结构起重伸缩臂(1)轴向上，两连续面的夹角处不布置传感器；在布置传感器过程中，会对激励传感器阵列(2)与采集传感器阵列(3)所在位置的截面周长进行平均分配，然后平均布置传感器；S2由控制模块(5)控制调度多通道超声检测仪(4)内的不同模块，多通道激励模块(6)依次产生脉冲信号，该脉冲信号会作用于激励传感器阵列(2)，不同次序的脉冲信号分属于不同通道，由不同通道信号激励对应的传感器；即激励传感器阵列(2)中每一个传感器都通过电气线路连接的方式与多通道激励模块(6)的每一位激励通道依次连接；当通道按时间顺序激励出toneburst信号时，激励传感器阵列(2)中的传感器在起重机起重伸缩臂上激励的导波信号会按照逆时针或顺时针的方式按时序产生，不同传感器激励的导波之间存在时差δt；S3激励传感器阵列(2)会产生多个导波；导波在检测对象中传导，当传导至起重伸缩臂另一端时会被采集传感器阵列(3)接收；采集到的信号数等于激励传感器阵列(2)与采集传感器阵列(3)中传感器数量的乘积；由于阵列布局与激励次序的原因，不同导波信号的时间与幅值不同；根据激励传感器与采集传感器的布置方式，导波信号可以有两种类型，一种是激励与采集发生在同一个连续面内，即导波在异形截面结构起重机起重伸缩臂(1)上传导过程中没有越过两连续面边界线，这种导波信号会由于单一激励传感器与不同采集传感器的沿面最短距离的不同而使导波之间有时间差；另一种则是激励与采集发生在不同连续面内，即导波在异形截面结构起重机起重伸缩臂(1)上传导过程中越过了两连续面边界线；当导波越过边界线时，由于存在不确定的角度导致边界条件发生了变化，会使采集到的信息出现幅值与时序变化，这种情况下采集的数据同样为有用数据；S4将采集传感器阵列(3)接收到的信号通过多通道接收模块(8)转换并由解析显示模块(7)完成分析处理与显示；分析处理过程会利用全波形反演的方法完成模型建立，最后显示得到缺陷重构图像；在全波形反演过程中，将全波形反演分为频率循环与迭代循环两部分；两种循环采取嵌套的方式运行；在频率循环中先调取单一频率作为输入；为保证不损失信息，依据Fourier衍射投影定理，需要选取较小的单一频率来计算，较小的单一频率迭代出的结果会被应用到高频迭代中，以此避免高频输入造成的信息损失；在迭代循环中，基于单一频率与实际检测条件建立初始模型m0，由多通道超声检测仪(4)仿真反馈出数据结果，将仿真结果的数据与实际检测得到的数据进行求差，得到残差数据；通过分析残差数据建立得到目标函数，相关残差数据会作为相关变量引入到拟合计算中；然后是梯度计算Gk，不断对梯度函数进行调整和平滑化；然后选取步长αk，步长αk会引入到更新速度模型的计算中，更新公式为m(k+1)＝m(k)‑α(k)g(k)，由此形成迭代过程；不断重复迭代后，当误差满足需要后就结束迭代，改变频率利用上一频率得到的模型作为初始模型mk继续重复迭代；最终仿真模型经过全波形反演法处理能够拟合实际测量结果，实现起重机异形截面结构起重伸缩臂(1)的腐蚀缺陷成像检测。