管道作為一種常用的運(yùn)輸媒介,廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)距離輸送、公用基礎(chǔ)設(shè)施及工業(yè)生產(chǎn)中,具有在役總量龐大、工作環(huán)境惡劣、泄露后果嚴(yán)重的特點(diǎn),因而對(duì)高效可靠的無(wú)損檢測(cè)手段有著廣泛而迫切的需求。目前無(wú)損檢測(cè)手段種類繁多,其中將沿管道軸向傳播的超聲導(dǎo)波用于管道無(wú)損檢測(cè),具有大范圍、高覆蓋、高效率等顯著優(yōu)勢(shì)。但導(dǎo)波具有多模態(tài)與頻散兩大復(fù)雜特性,導(dǎo)波信號(hào)的處理與分析要難于超聲體波信號(hào)。共源式合成聚焦技術(shù)可分離導(dǎo)波信號(hào)的各階模態(tài)并分別進(jìn)行頻散補(bǔ)償,是一種高效、實(shí)用的管道導(dǎo)波檢測(cè)手段。然而,面對(duì)復(fù)雜多樣的管道缺陷種類,管道數(shù)量龐大且規(guī)格各異的待檢管網(wǎng)系統(tǒng),共源式合成聚焦技術(shù)在適用性、分辨力及易用性等方面尚有提升空間�，F(xiàn)行共源式合成聚焦技術(shù)應(yīng)用于管道斜缺陷成像時(shí),會(huì)出現(xiàn)由跨族系模態(tài)轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的雜散模態(tài)信號(hào)干擾,本文針對(duì)這一問(wèn)題,提出了單族模態(tài)提取技術(shù),在成像之前對(duì)管道導(dǎo)波反射回波信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理以濾除干擾。傳統(tǒng)管道導(dǎo)波成像檢測(cè)手段的軸向分辨力受限于信號(hào)的時(shí)域包絡(luò)展寬,針對(duì)這一不足,發(fā)展了結(jié)合反卷積濾波的合成聚焦技術(shù),有效提高了管道缺陷導(dǎo)波成像的軸向分辨率。再者,為避免現(xiàn)行管道導(dǎo)波檢測(cè)手段對(duì)于管道參數(shù)等先驗(yàn)知識(shí)的依賴,提高檢測(cè)設(shè)備易用性與檢測(cè)效率,提出了一種適用于薄壁管道導(dǎo)波缺陷成像的先驗(yàn)參數(shù)反演技術(shù)。將管道參數(shù)反演算法、模態(tài)分離技術(shù)、合成聚焦技術(shù)三者結(jié)合,形成不需要管道參數(shù)作為先驗(yàn)知識(shí)的高軸向分辨力、高靈敏度、并具有廣泛適用性的遠(yuǎn)場(chǎng)缺陷成像技術(shù)。最后,搭建了一套基于圓柱掃查的超聲導(dǎo)波成像檢測(cè)系統(tǒng)及其應(yīng)用,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了上述技術(shù)與方法的可行性。論文的研究?jī)?nèi)容一共分為六章:第一章:介紹并比較了各類無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在管道檢測(cè)中的應(yīng)用,其中管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)具有檢測(cè)范圍廣、檢測(cè)效率高等優(yōu)勢(shì)。簡(jiǎn)述管道導(dǎo)波理論研究的發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀,并介紹了目前國(guó)內(nèi)外主流的用于管道導(dǎo)波激勵(lì)與接收的商業(yè)化檢測(cè)設(shè)備或?qū)嶒?yàn)手段。分析并比較了層析成像、主動(dòng)聚焦、合成聚焦等缺陷成像技術(shù)應(yīng)用于管道導(dǎo)波檢測(cè)時(shí)各自的優(yōu)缺點(diǎn)。最后概述了本文的主要研究?jī)?nèi)容和意義。第二章:提出了管道導(dǎo)波反射回波信號(hào)的單族模態(tài)分量提取技術(shù)。通過(guò)三維傅里葉變換導(dǎo)出了管道柱面多點(diǎn)陣列信號(hào)在關(guān)于周向階數(shù)、時(shí)間角頻率、軸向空間頻率的三維頻域下的表達(dá)。基于這一理論基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了一種工作在頻率-波數(shù)域上的二維濾波器,實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)波信號(hào)的模態(tài)族系分離與單向提取。通過(guò)數(shù)值仿真,定量分析了不同軸對(duì)稱模態(tài)入射下,斜直缺陷反射過(guò)程中的模態(tài)轉(zhuǎn)換比例;并驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)濾波器的作用效果。通過(guò)模態(tài)分離和單向提取可凈化導(dǎo)波信號(hào)分量成分,消除由跨族系模態(tài)轉(zhuǎn)換和二次反射造成的“偽缺陷圖案”,增強(qiáng)了共源式合成聚焦技術(shù)對(duì)于多種取向管道缺陷檢測(cè)的適用性。第三章:提出了結(jié)合反卷積濾波的合成聚焦成像技術(shù)。通過(guò)對(duì)原始導(dǎo)波信號(hào)進(jìn)行模態(tài)階數(shù)分離與相移疊加,計(jì)算出目標(biāo)位置處所對(duì)應(yīng)的導(dǎo)波信號(hào),利用反卷積濾波從中提取管道柱面上的反射系數(shù)二維分布圖。同時(shí),通過(guò)引入相關(guān)噪聲抑制系數(shù)提高缺陷成像信噪比。采用實(shí)驗(yàn)手段驗(yàn)證了反卷積合成聚焦技術(shù)對(duì)于微小點(diǎn)狀缺陷的探測(cè)靈敏度,和對(duì)于周向線狀缺陷的定量檢測(cè)能力。并基于仿真和實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)一步探究了合成聚焦成像技術(shù)對(duì)于面狀缺陷的檢測(cè)能力。經(jīng)上述驗(yàn)證,相比傳統(tǒng)的基于積分疊加的合成聚焦技術(shù),本章提出的反卷積合成聚焦成像技術(shù)具有更高的軸向分辨力,所獲得圖像具有更高的信噪比。第四章:提出了一種面向薄壁管道缺陷導(dǎo)波成像的先驗(yàn)參數(shù)反演技術(shù)。利用多點(diǎn)陣列信號(hào)的頻域譜峰位置與多模態(tài)頻散曲線間的匹配關(guān)系,實(shí)施管道特性參數(shù)反演。為提升參數(shù)反演效率,通過(guò)用板波模態(tài)類比管道導(dǎo)波軸對(duì)稱模態(tài),簡(jiǎn)化了反演的目標(biāo)優(yōu)化函數(shù);通過(guò)薄壁管道假設(shè),降低了反演問(wèn)題的維度,并獲取其解析解。通過(guò)數(shù)值仿真驗(yàn)證了本章所提出參數(shù)反演技術(shù)的可行性;并系統(tǒng)分析了多點(diǎn)陣列信號(hào)采樣過(guò)程中的掃描定位精度、軸向掃描范圍與掃描步距對(duì)于管道參數(shù)反演誤差的影響。第五章:將前述章節(jié)提出的管道參數(shù)反演算法、模態(tài)分離技術(shù)、合成聚焦技術(shù)三者結(jié)合,形成不需要管道參數(shù)作為先驗(yàn)知識(shí)的高軸向分辨力、高靈敏度、并具有廣泛適用性的遠(yuǎn)場(chǎng)缺陷成像技術(shù)。設(shè)計(jì)并搭建了基于圓柱掃查的超聲導(dǎo)波成像檢測(cè)系統(tǒng),通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了上述技術(shù)的可行性。利用實(shí)驗(yàn)測(cè)取的多點(diǎn)陣列信號(hào)完成了管道參數(shù)反演和斜直缺陷成像,并與基于其他測(cè)量/檢測(cè)原理獲取的實(shí)驗(yàn)結(jié)果作比較。通過(guò)分析多點(diǎn)陣列信號(hào)數(shù)據(jù)的冗余度,探究管道導(dǎo)波模態(tài)分離所需的最小軸向掃描范圍和最低軸向掃描密度,為提高檢測(cè)效率及該成像技術(shù)的實(shí)用化提供指導(dǎo)。第六章:總結(jié)并歸納了本文研究?jī)?nèi)容,闡述了主要研究結(jié)論和創(chuàng)新點(diǎn),并對(duì)管道導(dǎo)波成像算法和導(dǎo)波激勵(lì)/接收技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：U178;TP391.41
【部分圖文】：

（ｇ）邐（ｈ）邐（０逡逑圖１－邋１邋．常用的無(wú)損檢測(cè)手段。（ａ）德國(guó)ＥＬＰ公司的Ｘ－ｒａｙ探測(cè)裝置；逡逑（ｂ）通用電氣公司的超聲波探傷儀；（ｃ）磁粉檢測(cè)；（ｄ）n蟯訃觳猓誨義希ǎ澹╁澹停澹幔潁簀澹桑睿簦澹紓潁椋簦澹櫻錚歟酰簦椋錚睿蠊鏡墓艿澇諳唄┐偶觳庀低�；（偐太赫兹无锁犾拆h際酰郟罰藎誨義希ǎ紓┲鞫膠焱餳觳猓郟福藎誨澹ǎ瑁﹏

本文編號(hào)：2813559