一种基于旋转扫查的缺陷定位导波检测方法

摘要

本发明公开了一种基于旋转扫查的缺陷定位导波检测方法，涉及超声导波无损检测技术领域，解决了管道内缺陷难以实现准确定位的问题。本方法包括以下步骤，步骤1，安装传感器：在管道内选取2个位置各安装1个可旋转的导波传感器，其中第一传感器为自激自收传感器，第二传感器为信号接收传感器；步骤2，传感器扫查：第一传感器旋转一周激励并接收导波信号，确定缺陷存在范围和激励方向，同时第二传感器旋转一周采集导波信号，确定缺陷存在方向；步骤3，精确定位：根据两个传感器接收方向上直线相交时的相关数据对缺陷进行精度定位。

权利要求

1.一种基于旋转扫查的缺陷定位导波检测方法，其特征在于：实施步骤如下，步骤1，安装传感器：在管道（7）内选取2个位置各安装1个可旋转的导波传感器，其中第一传感器（8）为自激自收传感器，第二传感器（10）为信号接收传感器；

步骤1中两传感器安装位置为管道（7）内同一轴向、对称周向位置上；

步骤2，传感器扫查：第一传感器（8）旋转一周激励并接收导波信号，根据缺陷（9）反射回波幅值和旋转角度，确定缺陷（9）的方位，分析缺陷（9）信号幅值，采集的数据包括所接收的时域信号，依据时域信号中缺陷（9）反射回波幅值最大时的方向保持激励，此时，第二传感器（10）旋转一周采集导波信号，确定缺陷（9）存在方向；

步骤3，精确定位：当第一传感器（8）激励导波并旋转采集到缺陷（9）反射回波幅值最大时，以及第二传感器（10）旋转采集到缺陷（9）反射回波为最大反射回波时，根据时域信号对缺陷（9）位置进行轴向定位，根据两传感器采集缺陷（9）反射回波幅值最大时的法线交点对缺陷（9）位置进行周向定位；

步骤2中两传感器以1°至5°的角增量接收采集导波信号。

2.根据权利要求1所述的基于旋转扫查的缺陷定位导波检测方法，其特征在于：所述传感器的机械旋转由伺服电机完成。

3.根据权利要求1所述的基于旋转扫查的缺陷定位导波检测方法，其特征在于：所述第一传感器（8）和第二传感器（10）均采用磁致伸缩传感器。

说明书

一种基于旋转扫查的缺陷定位导波检测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及超声导波无损检测技术领域，尤其涉及一种基于旋转扫查的缺陷定位导波检测方法。

背景技术

[0002] 超声导波是一类特殊的超声波，能够在管道或杆状构件中同时检测表面和内部缺陷，实现大范围、全结构检测，并在传播过程中导波能量衰减小，传播距离远。由于以上优
点，导波检测技术在工业中应用广泛。

[0003] 现有的超声导波技术对管道缺陷进行定位时，一般将阵列传感器固定在管道上进行检测，该方法所需传感器较多且对阵列传感器的一致性要求较高，相邻传感器会也会产
生信号干扰，无法对管道缺陷实现准确的定位。因此，传感器通过旋转扫查对管道缺陷进行
准确定位的方法成为该领域的研究热点和难点之一。

发明内容

[0004] 针对以上不足，本发明提供一种基于旋转扫查的缺陷定位导波检测方法，能够解决管道内缺陷难以实现准确定位的问题。

[0005] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0006] 一种基于旋转扫查的缺陷定位导波检测方法，实施步骤如下，步骤1，安装传感器：在管道内选取2个位置各安装1个可旋转的导波传感器，其中第一传感器为自激自收传感
器，第二传感器为信号接收传感器；步骤2，传感器扫查：第一传感器旋转一周激励并接收导
波信号，确定缺陷存在范围和激励方向，同时第二传感器旋转一周采集导波信号，确定缺陷
存在方向；步骤3，精确定位：根据两个传感器接收方向上直线相交时的相关数据对缺陷进
行精度定位。

[0007] 进一步地，步骤3中，当第一传感器激励导波并旋转采集到缺陷反射回波幅值最大时，以及第二传感器旋转采集到缺陷反射回波为最大反射回波时，根据时域信号对缺陷位
置进行轴向定位，根据两传感器采集缺陷反射回波幅值最大时的法线交点对缺陷位置进行
周向定位。

[0008] 进一步地，步骤1中两传感器安装位置为管道内同一轴向、对称周向位置上。

[0009] 进一步地，所述传感器的机械旋转由伺服电机完成。

[0010] 进一步地，步骤2中两传感器以1°至5°的角增量接收采集导波信号。

[0011] 进一步地，所述第一传感器和第二传感器均采用磁致伸缩传感器。

[0012] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0013] 通过两个传感器机械旋转，以自激自收和一激一收两种方式采集信号，无需采用过多传感器，减少传感器数量，并保证检测效果；通过对两个传感器所采集信号进行分析，
以传感器法线交点来实现缺陷定位，增强检测结果可靠性，可防止发生采用过多传感器时
相邻传感器会产生信号干扰、无法对管道缺陷实现准确定位的问题，在节约成本的同时还
能提高对管道内缺陷的定位精度。

附图说明

[0014] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

[0015] 图1为本发明实施例的磁致伸缩传感器原理图；

[0016] 图2为本发明实施例的检测方法示意图；

[0017] 图3为本发明实施例的检测原理说明图；

[0018] 图中所示标记为：1‑适配器， 2‑排线 ，3‑铁板 ，4‑铁钴带， 5‑耦合剂， 6‑管壁， 7‑管道，8‑第一传感器， 9‑缺陷， 10‑第二传感器。

具体实施方式

[0019] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。

[0020] 一种基于旋转扫查的缺陷定位导波检测方法，实施步骤如下，步骤1，安装传感器：在管道7内选取2个位置各安装1个可旋转的导波传感器，其中第一传感器8为自激自收传感
器，第二传感器10为信号接收传感器；步骤2，传感器扫查：第一传感器旋8转一周激励并接
收导波信号，确定缺陷9存在范围和激励方向，同时第二传感器10旋转一周采集导波信号，
确定缺陷9存在方向；步骤3，精确定位：根据两个传感器接收方向上直线相交时的相关数据
对缺陷9进行精度定位。步骤3中，当第一传感器8激励导波并旋转采集到缺陷9反射回波幅
值最大时，以及第二传感器10旋转采集到缺陷9反射回波为最大反射回波时，根据时域信号
可对缺陷9位置进行轴向定位，根据两传感器采集缺陷反射回波幅值最大时的法线交点可
对缺陷9位置进行周向定位。步骤1中两传感器安装位置为管道7内同一轴向、对称周向位置
上，传感器的机械旋转由伺服电机完成。步骤2中两传感器是以1°至5°的角增量接收采集导
波信号，第一传感器8和第二传感器10均采用磁致伸缩传感器。

[0021] 通过两个传感器以机械旋转的方式采集信号实现缺陷9位置的准确定位，首先要根据待测管道7的外径、壁厚、密度、杨氏模量、泊松比计算相速度频散曲线，并根据该曲线
选取合适的检测频率，并制作相应中心频率的传感器进行导波检测。其次通过传感器机械
旋转实现管道7扫查，以每次旋转1°的角度增量获取数据。两个可旋转的传感器分布在管道
7同一截面的对称位置，以自激自收和一激一收两种方式采集信号，并通过分析两个传感器
的旋转角度实现对缺陷9轴向及周向位置的定位。

[0022] 本发明使用磁致伸缩传感器进行导波检测，其原理如图1所示，含偏置磁场的铁钴带4通过耦合剂5与管壁6进行耦合，排线2绕铁板3通电后产生交变磁场，排线2通过插口与
适配器1相连接由永磁体磁化的铁钴带4提供静偏置磁场，通入交变电流的排线2提供了交
变磁场，交变磁场作用于铁钴带4。铁钴带4在静磁场和交变磁场的共同作用下由魏德曼效
应产生了形变，该形变通过耦合剂5传递至管壁6，从而产生超声导波。

[0023] 如图2所示，通过放置在管道7同一轴向、对称周向位置的两个可旋转的导波传感器，其中第一传感器8进行导波信号的激励和接收，第二传感器10进行导波信号的接收。第
一传感器8首先进行旋转扫查，以自激自收方式采集数据，并且是以每次旋转1°的角度增量
获取数据，并分析缺陷9信号幅值，采集的数据包括所接收的时域信号，依据时域信号中缺
陷9反射回波幅值最大时方向保持激励；由于第一传感器8双向激励导波且存在扩散角，因
此需第二传感器10再次进行旋转扫查，同样以旋转1°的角度增量获取数据，并以接收方式
采集时域信号数据，依据时域信号和第一传感器8和第二传感器10接收缺陷9反射回波幅值
最大方向定位缺陷9。

[0024] 如图3所示， 第一传感器8首先以自激自收方式采集数据，根据缺陷9反射回波幅值和旋转角度θ，确定缺陷9的方位，当第一传感器8接收缺陷9反射回波幅值为最大，此时缺
陷9应位于第一传感器8的法线方向；由于第一传感器8激励的导波为双向传播并且覆盖范
围较广，无法对缺陷9进行精确定位，因此保持其激励方向不变，第二传感器10旋转扫查进
行数据采集，依据反射回波幅值和旋转角度β对缺陷9进行定位，当第二传感器10接收缺陷9
反射回波幅值最大时，缺陷9应位于第二传感器10法线方向。由时域信号可对缺陷9位置进
行轴向定位，根据两传感器采集缺陷9反射回波幅值最大时的法线交点可对缺陷9进行周向
定位，进而实现管道7内缺陷9准确定位。

[0025] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应
涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为
准。