一種管道近焊縫區(qū)缺陷導(dǎo)波特征信號(hào)提取方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種管道近焊區(qū)缺陷導(dǎo)波特征信號(hào)提取方法，包括以下步驟：將兩排壓電傳感器環(huán)耦合在管道外壁，上位機(jī)控制器控制信號(hào)發(fā)生采集設(shè)備激勵(lì)壓電傳感器環(huán)，在管壁產(chǎn)生超聲導(dǎo)波；信號(hào)發(fā)生采集設(shè)備采集整環(huán)傳感器并聯(lián)信號(hào)和單個(gè)獨(dú)立傳感器導(dǎo)波信號(hào)送入上位機(jī)處理器；上位機(jī)處理器首先通過帶通濾波器，濾除噪聲干擾信號(hào)；提取信號(hào)局部最大值及其對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)信號(hào)，構(gòu)成整環(huán)傳感器信號(hào)包絡(luò)譜；根據(jù)設(shè)計(jì)的導(dǎo)波模態(tài)對(duì)稱算法，繪制模態(tài)對(duì)稱曲線，利用整環(huán)傳感器信號(hào)和模態(tài)對(duì)稱曲線的幅值比判斷管道近焊區(qū)是否有缺陷，本發(fā)明提供的導(dǎo)波特征信號(hào)提取方法可以檢出管道近焊縫區(qū)缺陷，并可診斷管道近焊縫區(qū)早期缺陷。
【專利說明】一種管道近焊縫區(qū)缺陷導(dǎo)波特征信號(hào)提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種導(dǎo)波信號(hào)特征提取方法，尤其涉及一種管道近焊縫區(qū)缺陷導(dǎo)波特征信號(hào)提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002]各種管道廣泛應(yīng)用于我們的生產(chǎn)和生活中，尤其在電力、石油、化工、天然氣以及城市供水等部門，起著重要的作用，近十年來工業(yè)管道安全問題的嚴(yán)重性已凸現(xiàn)出來，爆炸傷亡重大事故頻發(fā)，絕大部分損傷位置都出現(xiàn)在管道對(duì)接焊縫處，管道在焊接的局部加熱和冷卻過程中，會(huì)產(chǎn)生非常大的拉應(yīng)力，形成結(jié)晶裂紋，在管道內(nèi)部介質(zhì)沖刷后裂紋會(huì)慢慢擴(kuò)大，最終導(dǎo)致管道的漏泄。
[0003]傳統(tǒng)的管道焊縫檢測(cè)方法主要有X射線檢測(cè)法、渦流檢測(cè)法、滲透檢測(cè)法，這些方法不僅檢測(cè)效率低、成本高而且對(duì)檢測(cè)人員具有輻射危害，管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)具有快速、經(jīng)濟(jì)、可靠并且無需剝離外包層等優(yōu)點(diǎn)，是未來管道缺陷檢測(cè)的一種更快、更靈敏、更前沿的發(fā)展方向，但利用導(dǎo)波進(jìn)行管道焊接缺陷檢測(cè)時(shí)，由于焊縫回波和裂紋回波相互混疊，難以分辨出管道近焊區(qū)缺陷回波，因此需要一種有效的信號(hào)特征提取方法對(duì)焊縫區(qū)信號(hào)進(jìn)行分離，識(shí)別近焊區(qū)缺陷。
[0004]希爾伯特變換和小波變換是目前常用的特征提取技術(shù)，他們都是從頻率角度將復(fù)雜信號(hào)分解為多組單一頻率信號(hào)，由于實(shí)際管道檢測(cè)信號(hào)中存在不同頻率的噪聲，當(dāng)焊縫存在缺陷時(shí)，缺陷信號(hào)可能與噪聲信號(hào)同頻率帶，導(dǎo)致微弱的缺陷信號(hào)淹沒在噪聲信號(hào)中，因此僅僅針對(duì)檢測(cè)波形信號(hào)的特征提取方法不能保證準(zhǔn)確性。
[0005]專利CN101571233A將管道疑似焊縫缺陷信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)樣本庫中的焊縫樣本信號(hào)作相關(guān)運(yùn)算，計(jì)算出每一個(gè)疑似焊縫缺陷信號(hào)與樣本庫中的每個(gè)焊縫樣本信號(hào)相關(guān)系數(shù)，該方法僅對(duì)波形本身進(jìn)行處理，焊縫缺陷較小時(shí)，無法準(zhǔn)確提取出反映缺陷標(biāo)準(zhǔn)的特征波形，且需要搜集大量無缺陷標(biāo)準(zhǔn)樣本，耗時(shí)耗力。
[0006]專利CN101201901A采用模糊小波包小波特征提取方法進(jìn)行平穩(wěn)信號(hào)和非平穩(wěn)信號(hào)的特征提取，該方法需要事先知道最優(yōu)小波基函數(shù)，且隨機(jī)噪聲可能會(huì)與平穩(wěn)信號(hào)同頻帶，造成信號(hào)特征提取的困難。
[0007]專利CN101173911A通過分析管道老化規(guī)律和影響因素，建立設(shè)備壽命預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型，對(duì)管道的健康狀況進(jìn)行評(píng)估，該方法需要保證使用前的管道完好無損，但是無法對(duì)管道焊縫處人為造成的缺陷進(jìn)行評(píng)估。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的主要是提供一種管道近焊區(qū)缺陷導(dǎo)波特征信號(hào)提取方法，通過設(shè)計(jì)的模態(tài)對(duì)稱算法處理出模態(tài)對(duì)稱曲線，可檢出管道近焊區(qū)缺陷還可以對(duì)管道其他部位的缺陷進(jìn)行早期診斷。
[0009]超聲導(dǎo)波在管道內(nèi)壁傳播會(huì)產(chǎn)生模態(tài)轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，即導(dǎo)波在傳播中遇到管道結(jié)構(gòu)突變發(fā)生模態(tài)轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象，由于管道檢測(cè)的導(dǎo)波為對(duì)稱模態(tài)，缺陷在管道圓周方向上為有限大小時(shí)，導(dǎo)波能量在缺陷處集聚，產(chǎn)生的模態(tài)轉(zhuǎn)換波也在管道母線上產(chǎn)生能量集聚，反射波呈現(xiàn)非對(duì)稱性，當(dāng)選擇管道任意兩個(gè)中心對(duì)稱母線接收的信號(hào)進(jìn)行互為反相疊加，繪制模態(tài)對(duì)稱曲線，該曲線反映的非對(duì)稱信號(hào)的能量值，通過比較焊縫位置的整環(huán)傳感器回波信號(hào)與模態(tài)對(duì)稱曲線信號(hào)的幅值比，判斷該處出現(xiàn)的缺陷大小。
[0010]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種管道近焊縫區(qū)缺陷導(dǎo)波特征信號(hào)提取方法，包括以下幾個(gè)步驟:
I)通過數(shù)據(jù)電纜將上位機(jī)連接信號(hào)發(fā)生采集設(shè)備，信號(hào)發(fā)生采集設(shè)備連接壓電傳感器，由上位機(jī)控制信號(hào)發(fā)生采集設(shè)備激勵(lì)具有固定頻率的超聲導(dǎo)波驅(qū)動(dòng)壓電傳感器。
[0011]2 )將壓電傳感器環(huán)周向均布在管道外壁，將所有壓電傳感器并聯(lián)，采集整環(huán)信號(hào)；然后，同時(shí)采集單個(gè)傳感器信號(hào)，保證信號(hào)同一起始點(diǎn)。
[0012]3)將上述信號(hào)送入上位機(jī)處理器進(jìn)行處理，上位機(jī)處理器首先對(duì)整環(huán)信號(hào)和單個(gè)傳感器信號(hào)進(jìn)行帶通濾波器處理，消除濾波器帶寬以外的噪聲干擾信號(hào)，濾波器帶寬為20Khz。
[0013]4)提取傳感器并聯(lián)信號(hào)Y(T)局部最大值點(diǎn)Z (幻及其對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)，G1(J)為
m的一階導(dǎo)數(shù)，O2(I)為y2(r)的一階導(dǎo)數(shù)，根據(jù)原有的采樣間隔進(jìn)行重采樣，得到新的
信號(hào)Z (k).判斷一點(diǎn)八O是否為最大值的算法為
【權(quán)利要求】
1.一種管道近焊區(qū)缺陷導(dǎo)波特征信號(hào)提取方法，其特征在于，包括以下步驟: A)通過數(shù)據(jù)電纜將上位機(jī)連接信號(hào)發(fā)生采集設(shè)備，信號(hào)發(fā)生采集設(shè)備連接壓電傳感器，由上位機(jī)控制信號(hào)發(fā)生采集設(shè)備激勵(lì)具有固定頻率的超聲導(dǎo)波驅(qū)動(dòng)壓電傳感器； B)將壓電傳感器形成環(huán)狀的壓電傳感器環(huán)沿管道外壁周向均布，將所有壓電傳感器并聯(lián)，采集壓電傳感器環(huán)整環(huán)信號(hào)；同時(shí)采集單個(gè)壓電傳感器信號(hào)，使壓電傳感器信號(hào)同一起始點(diǎn)； C)將所述壓電傳感器信號(hào)送入上位機(jī)處理器進(jìn)行處理，上位機(jī)處理器首先對(duì)壓電傳感器環(huán)的整環(huán)信號(hào)和單個(gè)壓電傳感器信號(hào)進(jìn)行帶通濾波器處理，消除濾波器帶寬以外的噪聲干擾信號(hào)，濾波器帶寬為20Khz ； D)提取傳感器并聯(lián)信號(hào)Y(T)局部最大值點(diǎn)Z(K)及其對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)，m)為m的一階導(dǎo)數(shù)，G2(T)為￥2(￡)的一階導(dǎo)數(shù)，根據(jù)原有的采樣間隔進(jìn)行重采樣，得到新的信號(hào)Z(K)； 判斷一點(diǎn)是否為最大值的算法為
2.F)根據(jù)步驟D)方法對(duì)模態(tài)對(duì)稱波形提取包絡(luò)線#(句，并與整環(huán)傳感器接收到的信號(hào)Z1 (Ar)顯示在同一張圖上。
3.當(dāng)焊縫位置的整環(huán)傳感器信號(hào)4(幻與模態(tài)對(duì)稱曲線信號(hào)1(幻的幅值比大于3/4時(shí)，可判定焊縫位置存在缺陷；當(dāng)焊縫位置的整環(huán)傳感器信號(hào)AR)與模態(tài)對(duì)稱曲線信號(hào)_的幅值比大于1/2時(shí)，可判定為焊縫處具有早期缺陷；當(dāng)焊縫位置的整環(huán)傳感器回波信號(hào)與模態(tài)對(duì)稱曲線信號(hào)的幅值比小于1/2時(shí)，判定焊縫處沒有缺陷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管道近焊區(qū)缺陷導(dǎo)波特征信號(hào)提取方法，其特征在于，所述步驟A)中壓電傳感器環(huán)包括激勵(lì)壓電傳感器環(huán)和接收壓電傳感器環(huán)，壓電傳感器環(huán)由相同偶數(shù)傳感器組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管道近焊區(qū)缺陷導(dǎo)波特征信號(hào)提取方法，其特征在于，所述步驟A)中信號(hào)發(fā)生采集設(shè)備激勵(lì)出的信號(hào)頻率在10k-200Κ之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管道近焊區(qū)缺陷導(dǎo)波特征信號(hào)提取方法，其特征在于，所述步驟D)中所述采樣間隔時(shí)間大于等于Is。
【文檔編號(hào)】G01N29/04GK103713054SQ201310737497
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】姜銀方, 陳嵐崴, 姜文帆, 戴亞春, 張偉, 郭華杰, 嚴(yán)有琪 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)