基于磁致伸缩导波的内充液管道缺陷测量方法研究.pdfVIP

摘要

基于电磁超声的导波检测技术是一种成熟的管道缺陷检测方法，具有检测

效率高及检测成本低等优点。对于船舶管道系统的实际工程在线监测而言，当

船舶处于运行状态时，工作中的待测管道内部一般充有液体或气体，测量难度

较大。因此，设计可靠的内充液管道的超声导波缺陷检测系统，对于实际工况

下的船舶管道缺陷检测具有重要意义。本文设计了一种基于磁致伸缩的导波检

测缺陷装置，实现对槽型缺陷的尺度表征与轴向定位。主要研究内容如下：

首先，本文对内充液管道中的纵向导波的传播模型进行了理论分析与建

模。采用Floquet-Bloch理论与COMSOL有限元分析的建模方法，实现一种

计算无限长充液管道频散曲线的方法，研究了内充液管道中纵向导波的传播特

性与频散特性，为换能器的设计提供了重要的参考依据。

基于COMSOL仿真平台对换能器进行了结构设计仿真。在仿真平台中模

拟换能器各部分作用机理及磁场耦合作用效果，对纵向导波换能器的结构进行

优化仿真，观察优化后的换能器激励出的纵向导波的传播云图及波结构位移。

设置探针观察直达波及缺陷反射回波，定义幅值反射系数与轴向定位的评估指

标，对槽型缺陷的仿真回波信号进行研究分析。

在实际检测过程中，检测现场的噪声可能会对微弱的缺陷回波的时频定位

产生干扰。自适应噪声完备集合经验模态分解（CompleteEnsembleEmpirical

ModeDecompositionwithAdaptiveNoise,CEEMDAN）可以对含噪信号进行

模态分解，通过对分解模态的重构可以实现噪声的去除。本文设计了一种多尺

度排列熵与欧式距离重构的CEEMDAN算法对回波信号进行模态分解与重

构，实现滤波降噪；采用频率切片小波变换（FrequencySliceWavelet

Transform,FSWT）对超声回波信号进行时频分析，为检测实验提供了数据处

理依据。

最后，搭建内充液管道缺陷检测系统，加工多组不同周向、径向、轴向长

度的槽型缺陷，使用检测系统对缺陷进行尺度表征与定位，证明了换能器设计

方案的可行性。缺陷检测系统实现了对缺陷的轴向位置误差系数小于3%，可

检测缺陷损伤占比13%。

关键词：内充液管道；磁致伸缩效应；导波检测；缺陷表征与定位

Abstract

Guidedwavedetectiontechnologybasedonelectromagneticultrasoundisa

relativelymaturepipelinedetectionmethod,whichhastheadvantagesofhigh

detectionefficiencyandlowdetectioncost.Foractualengineeringonline

monitoringofshippipingsystem,whentheshipisinoperation,theworking

pipelinetobetestedisusuallyfilledwithliquidorgasinside.Currently,there

arefewerstudiesondefectdetectionofinternalliquid-filledpipelinesatpresent.

Therefore,designingareliableultrasonicguidedwavedefectdetectionsystem

forinternalliquid-filledpipelinesisofgreatsignificanceforthedetectionof

pipelinedefectsinshi