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技术方案

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

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本公开涉及信号处理
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。

技术实现思路

[0008]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。
[0009]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：
[0010]获取在所述部件中轴向传播的频散超声导波的时域信号；
[0011]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；
[0012]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；
[0013]基于所述群速度频散曲线确定目标模式的第一截止频率；
[0014]根据所述第一截止频率、预先标定的所述目标模式的第二截止频率和半径，计算所述部件的径向最大腐蚀深度。
[0015]在本公开的一个实施例中，所述频散超声导波包括：T(0,2)模式的超声导波。
[0016]在本公开的一个实施例中，所述获取在所述部件中轴向传播的频散超声导波的时域信号，包括：获取所述频散超声导波的多个检测信号，其中，所述多个检测信号是基于所述部件端面的周向上的多个换能器采集得到的，对于所述多个换能器中的任一个第一换能器，存在一个第二换能器使第一换能器与第二换能器之间的连线经过端面圆心；将所述多个检测信号叠加，生成所述时域信号。
[0017]在本公开的一个实施例中，通过如下公式计算所述径向最大腐蚀深度：
[0018][0019]K＝r0‑
r
[0020]其中，K为所述径向最大腐蚀深度，r0为预先标定的半径，f0为所述第二截止频率，f为所述第一截止频率。
[0021]第二方面，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系统，包括：
[0022]激励单元，圆柱状结构部件，接收单元，处理单元；其中，所述激励单元和所述接收单元设置在所述部件的端面上，所述处理单元与所述接收单元连接；
[0023]其中，所述激励单元用于生成频散超声导波的激励信号并将所述激励信号转换为振动信号，以在所述部件中形成沿轴向传播的频散超声导波；
[0024]所述接收单元用于接收所述振动信号以形成检测信号，并将所述检测信号发送至所述处理单元；
[0025]所述处理单元用于执行以下步骤：
[0026]获取所述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；
[0027]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；
[0028]基于所述群速度频散曲线确定目标模式的第一截止频率；
[0029]根据所述第一截止频率、预先标定的所述目标模式的第二截止频率和半径，计算
所述部件的径向最大腐蚀深度。
[0030]在本公开的一个实施例中，所述激励单元包括：由多个梯形压电陶瓷并联组成的压电片组合，其中，所述多个梯形压电陶瓷在所述部件的端面沿周向分布，且所述梯形压电陶瓷的长边远离端面中心、短边靠近端面中心。
[0031]在本公开的一个实施例中，所述压电陶瓷与所述部件的端面通过胶黏剂粘连固结，或者，所述压电陶瓷封装制备形成超声换能器，所述超声换能器通过耦合剂与所述部件的端面耦合。
[0032]在本公开的一个实施例中，所述激励单元和所述接收单元设置在所述部件的同一端面上，或者，所述激励单元和所述接收单元分别设置在所述部件的不同端面上。
[0033]在本公开的一个实施例中，所述部件包括锚栓，预先将所述激励单元和所述接收单元分别设置在所述锚栓的不同端面上，并将所述激励单元、所述接收单元和所述处理单元进行集成以形成检测设备；
[0034]所述激励单元，具体用于按照设定的检测时间生成频散超声导波的激励信号并将所述激励信号转换为振动信号，以在所述锚栓中形成沿轴向传播的频散超声导波；
[0035]所述处理单元，还用于确定各检测时间下所述锚栓的径向最大腐蚀深度，根据所述各检测时间下所述锚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于圆柱状结构部件的径向最大腐蚀深度检测方法，其特征在于，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；基于所述群速度频散曲线确定目标模式的第一截止频率；根据所述第一截止频率、预先标定的所述目标模式的第二截止频率和半径，计算所述部件的径向最大腐蚀深度。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述频散超声导波包括：T(0,2)模式的超声导波。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取在所述部件中轴向传播的频散超声导波的时域信号，包括：获取所述频散超声导波的多个检测信号，其中，所述多个检测信号是基于所述部件端面的周向上的多个换能器采集得到的，对于所述多个换能器中的任一个第一换能器，存在一个第二换能器使第一换能器与第二换能器之间的连线经过端面圆心；将所述多个检测信号叠加，生成所述时域信号。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过如下公式计算所述径向最大腐蚀深度：K＝r0‑
r其中，K为所述径向最大腐蚀深度，r0为预先标定的半径，f0为所述第二截止频率，f为所述第一截止频率。5.一种用于圆柱状结构部件的径向最大腐蚀深度检测系统，其特征在于，包括：激励单元，圆柱状结构部件，接收单元，处理单元；其中，所述激励单元和所述接收单元设置在所述部件的端面上，所述处理单元与所述接收单元连接；其中，所述激励单元用于生成频散超声导波的激励信号并将所述激励信号转换为振动信号，以在所述部件中形成沿轴向传播的频散超声导波；所述接收单元用于接收所述振动信号以形成检测信号，并将所述检测信号传输至所述处理单元；所述处理单元用于执行以下步骤：获取所述频散超声导波的时域信号，对所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：余旭东，周昊，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：