钢质储罐底板的导波在线检测方法技术

本发明专利技术是一种钢质储罐底板的导波在线检测方法。它依次为：１）选择超声探头阵列（５）数量并沿储罐底板（３）对称分布；２）每个探头阵列（５）安装两个信号处理装置（４），通过楔块耦合安装在储罐底板（３）上；３）选择与板厚相当的超声波长和激发Ｌａｍｂ波方法；４）用Ｒａｄｏｎ算法函数，对走时矩阵变换，产生不同入射角的兰姆波走时投影，作为后续层析成像重建的投影数据；５）用滤波反投影算法从投影数据重建出层析图像；６）分析图像，找到缺陷的位置并对缺陷程度分级；７）如存在缺陷，顺时针依次改变探头位置，重新进行１）－６）步骤，比对多次检测和图像重建的结果，如缺陷的位置和形貌都存在，则排除是噪声或其他因素的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种。涉及超声波的测量和管道系统

技术介绍
目前国外对储罐底板主要从结构检测入手，结合清罐和外部检测来实现对储罐的安全管理。相比之下，国内目前还是采用清罐检测的方式按期对大罐进行地板全面检测，通过大量的检测结果分析，这种方式不能很好的实现经济高效的储罐完整性管理。随着目前快速发展的科技，储罐的检测也由离线向在线转变，采用平板超声导波检测技术可以实现在役储罐缺陷检测。 Lamb波也被称为平板导波，它是一种在板厚度与激励声波波长为相同数量级的声波导中由纵波和横波合成的特殊形式的应力波。Lamb波检测具有快速便捷的特点，非常适合于板形结构的大面积无损检测。超声无损检测常用的波形是纵波和横波，但对于平板，无论是纵波探伤还是横波探伤都很困难，然而Lamb波检测技术的却可以应用到金属平板的检测中。但由于Lamb波理论及检测机理的复杂性，如缺陷对Lamb波的散射机理，如何选择敏感模式和最佳探伤参数，怎样对缺陷进行定性、定量分析以及人工缺陷的选型等等，都需要开展相应的科研工作，以提高该技术在工业生产中的应用。 目前，国外公司如英国焊接研究所TWI公司，开展了 Lamb波的试验研究，但是尚处于初期研究试验测试阶段，没有成熟可靠的商业化应用设备。国内也有高校开展平波Lamb波的传播特性理论研究，也处于初期探索阶段。经过对国内相关专利进行检索，未发现与本专利申报相同或类似的专利。申请号为CN200710133882. 9的专利技术专利申请公开了一种工程结构损伤主动监测中Lamb波时间反转聚焦方法(公开日为2008. 04. 30)。该方法主要应用于工程结构损伤主动监测中的时间反转聚焦方法，无论从原理上还是从方法上都不适合应用于储罐在线检测。
技术实现思路
本专利技术的目的是专利技术一种在不开罐清理、不影响储罐正常生产运营的情况下，快速实现对储罐底板的全面检测和分析的。本专利技术提供的，其步骤包括 1)首先要选择适合的超声探头阵列5数量， 一般4个以上即可(见图2);并沿储罐底板3 —圈对称分布探头阵列5，对需要安置探头阵列5的储罐底板3位置，进行表面油污清理或除锈，以增强检测效果，留出足够的探头阵列5及楔块安装空间； 2)使用压电陶瓷传感器作为信号处理装置4，每个探头阵列5安装两个信号处理装置4，分别用于激励和接收导波信号，通过楔块耦合安装在储罐底板3上(见图1)，耦合剂6采用水或者机油等超声检测中常用液体； 3)选择超声的波长与板厚相当并选择适合的激发Lamb波方法，具体方法是为产生特定板厚中的特定模态，首先需要计算Lamb在板中传播的频散曲线，再由其频散曲线推算激励信号所需的频率和入射角度；根据激励信号所需的频率和入射角度，选择工作频率相匹配的传感器的和入射角度相同的楔块，匹配程度越高，激励出的模态效果越好；这样就可以在板中激发出所需模态的Lamb波； 为使被激励的信号在传播过程中频散现象尽可能的降低，原理上激励信号应选取单频信号；但由于严格的单频信号要求时域无限，实际上不可能产生，因此在检测中只能选择频带较窄的信号；产生窄带信号比较有效也是常用的方法，就是对单频正弦信号进行加窗函数处理；本专利技术就是采用Tone Burst激发窄带正弦脉冲信号，加汉宁窗调制到所需要的频带； 在无损检测应用中相当重要，不仅能简化储罐底板3检测到的数据信号，也能增加板波检测的精度和灵敏度；使用Tone Burst信号发射接收仪，能够减少激发信号的带宽，使得激发单一模式信号较容易，再通过汉宁窗调制，消除ToneBurst产生的高、低频正弦信号，可以进一步减少被激发信号的带宽；这样一来，激发单一模式信号变得更加高效;在实际操作时，可以使用任意函数发生器结合PC软件编程，来实现激发经过汉宁窗调制的脉冲信号； 汉宁窗函数为1 <formula>formula see original document page 4</formula>(1) 汉宁窗是余弦函数的一种，余弦窗的优点是加窗对信号离散付利叶变换(DFT)的影响可以在频域中处理；设离散信号x(n)的DFT所得的结果为X(n)，则加汉宁窗后信号DFT所得结果为<formula>formula see original document page 4</formula>(2)X>)=|x(n)-p(n-l)-*X(n+l) M =设信号采样持续时间为At，频率分辨率Af<formula>formula see original document page 4</formula>式中k为整数；Ak为小数；当使用汉宁窗插值时，有K (A;+ 1)| + |&(^)|1/ A t ，对于信号基波频率f ，有<formula>formula see original document page 4</formula>(3)|KA: + 1)|<|H1)| 将A k代入式(3)即可求得信号基波频率的准确值； 4)应用Matlab中的Radon算法函数，对走时矩阵变换，产生从不同角度入射的兰姆波走时投影，以此作为后续层析成像重建的投影数据； 对于不同角度入射的兰姆波，回波信号构成一个切面的Radon变换结果，对于不同方位上的回波结果，利用其逆变换，便可恢复出切面图形来，产生兰姆波走时投影； 5)利用滤波反投影算法从投影数据重建出层析图像，分两种扫描方式 —种为间隔为1° ，共进行180次扫描； 另外一种为间隔为18。，进行10次等间隔扫描； 投影取得越多，重建的层析图像效果越好；但是在实际工作中，投影取得越多所消 耗的时间和成本将会相应增加，所以实际中应尽量采用少的投影数；但是这样又会引起重 建层析图像的质量下降，所以投影数和图像质量两者是一对矛盾，应该按照实际的不同情 况，正确的选取不同投影数；在需要快速检测的场合下，尽量少作扫描，少取投影数；在需 要精确的检测时，需要尽量多的扫描来提高重建层析图像的清晰度； 6)图像重建的结果清晰直观，分析重建的图像，找到存在缺陷的位置，并对缺陷严 重程度进行分级； 板波重建的图像，以不同颜色对缺陷进行显示，类似于C扫描的显示结果，缺陷最 严重的地方，以颜色深浅度表示缺陷严重程度，颜色越深，代表腐蚀程度越大； 7)对于存在缺陷的储罐底板，可以按照顺时针角度，依次改变布置在储罐底圈周 围的探头位置，重新进行上述步骤l)-6)，比对多次检测的和图像重建的分析结果，如果缺 陷的位置和形貌都依然存在，则可以排除是背景噪声、模态噪声或者其他因素的影响。 本专利技术的原理是利用板厚与波长相当的薄板中传播的超声导波Lamb波，来检测 储罐底板，具有传播距离远、速度快的特点，能够实现对储罐底板的在线检测。检测的程序 包括探头分布位置储罐底板清理，探头阵列的布置，窄带信号激发，生成延时投影数据，层 析成像，图象重建，最后是缺陷分析和复检。 该方法可实现在不开罐清理，不影响储罐正常生产运营的情况下，快速实现对储 罐底板的全面检测和分析。相对于传统的超声波和声发射检测技术，平板导波Lamb波具有 传播距离远、速度快的特点，能够实现对储罐内外壁、罐底板的在线检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢质储罐底板的导波在线检测方法，其特征是该检测方法依次为：１）选择适合的超声探头阵列（５）数量，沿储罐底板（３）一圈对称分布探头阵列（５）；２）每个探头阵列（５）安装两个信号处理装置（４），分别用于激励和接收导波信号，通过楔块耦合安装在储罐底板（３）上；３）选择超声的波长与板厚相当并选择适合的激发Ｌａｍｂ波方法；４）应用Ｍａｔｌａｂ中的Ｒａｄｏｎ算法函数，对走时矩阵变换，产生从不同角度入射的兰姆波走时投影，以此作为后续层析成像重建的投影数据；５）利用滤波反投影算法从投影数据重建出层析图像；６）分析重建的图像，找到存在缺陷的位置，并对缺陷严重程度进行分级；７）对于存在缺陷的储罐底板，可以按照顺时针角度，依次改变布置在储罐底圈周围的探头位置，重新进行上述步骤１）－６），比对多次检测的和图像重建的分析结果，如果缺陷的位置和形貌都依然存在，则可以排除是背景噪声、模态噪声或者其他因素的影响。

【技术特征摘要】
一种钢质储罐底板的导波在线检测方法，其特征是该检测方法依次为1)选择适合的超声探头阵列(5)数量，沿储罐底板(3)一圈对称分布探头阵列(5)；2)每个探头阵列(5)安装两个信号处理装置(4)，分别用于激励和接收导波信号，通过楔块耦合安装在储罐底板(3)上；3)选择超声的波长与板厚相当并选择适合的激发Lamb波方法；4)应用Matlab中的Radon算法函数，对走时矩阵变换，产生从不同角度入射的兰姆波走时投影，以此作为后续层析成像重建的投影数据；5)利用滤波反投影算法从投影数据重建出层析图像；6)分析重建的图像，找到存在缺陷的位置，并对缺陷严重程度进行分级；7)对于存在缺陷的储罐底板，可以按照顺时针角度，依次改变布置在储罐底圈周围的探头位置，重新进行上述步骤1)-6)，比对多次检测的和图像重建的分析结果，如果缺陷的位置和形貌都依然存在，则可以排除是背景噪声、模态噪声或者其他因素的影响。2. 根据权利要求1所述的钢质储罐底板的导波在线检测方法，其特征是所述选择适合的超声探头阵列(5)数量，是选4个以上；并对需要安置探头阵列(5)的储罐底板(3)位置，进行表面油污清理或除锈，留出足够的探头阵列(5)及楔块...

【专利技术属性】
技术研发人员：王维斌，佟文强，刘桂春，王禹钦，刘哲，王琨，郭正虹，任重，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]