海底管道檢測(cè)中缺陷重構(gòu)及超聲回波信號(hào)處理方法的研究.pdf

1、海底管道是近海油、氣輸送安全、便捷和高效的手段。但是,管道在運(yùn)行過程中不可避免地會(huì)出現(xiàn)各種類型的缺陷,比如,管壁腐蝕、裂紋和滲漏等。這些缺陷會(huì)隨著時(shí)間的推移而進(jìn)一步擴(kuò)展。一旦出現(xiàn)事故,將會(huì)帶來(lái)巨大的財(cái)產(chǎn)損失和生態(tài)災(zāi)難。為此,開展管道檢測(cè)相關(guān)技術(shù)、方法和手段的研究意義重大。國(guó)家立法規(guī)定應(yīng)對(duì)主干管道進(jìn)行定期檢測(cè),以避免事故的發(fā)生。論文依托國(guó)家“十五”863項(xiàng)目“海底管道內(nèi)爬行器及其檢測(cè)技術(shù)”,根據(jù)海底管道的特點(diǎn),為管道超聲檢測(cè)提供相關(guān)的關(guān)鍵

2、技術(shù)。 超聲檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,是材料與設(shè)備無(wú)損檢測(cè)的主要手段之一。本論文采用水浸式線聚焦脈沖超聲傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)管道中缺陷的檢測(cè)。根據(jù)傳感器的聲場(chǎng)特點(diǎn)和在管道中的傳輸特性,設(shè)計(jì)了三種類型的傳感器陣列方案,分別是徑向直探頭陣列、軸向斜置直探頭陣列和徑向(周向)斜置直探頭陣列。給出了陣列結(jié)構(gòu)參數(shù)、傳感器數(shù)目及測(cè)量參數(shù)的確定方法。為了使檢測(cè)結(jié)果便于觀察,將測(cè)量數(shù)據(jù)可視化,該方法根據(jù)陣列上各個(gè)傳感器的測(cè)量信息,繪制出管道截面

3、的二維圖像,可直觀地看出管徑的變化及管壁中缺陷的分布范圍。同時(shí),為了減少由于陣列偏心和經(jīng)過彎道時(shí)造成的缺陷誤判,提出了一種自適應(yīng)算法,可自動(dòng)校正這種誤判.為了提高重構(gòu)管徑及缺陷的精度,研究了管道檢測(cè)中超聲回波信號(hào)時(shí)延的精確估計(jì)方法。 為了從不同的角度充分認(rèn)識(shí)和理解缺陷超聲回波信號(hào),給超聲信號(hào)的檢測(cè)與特征信息提取提供新的方法和手段。論文還探索和研究了超聲信號(hào)中的非線性特性,這種非線性是由系統(tǒng)本身產(chǎn)生的。論文還進(jìn)一步探索了超聲回波信

4、號(hào)中是否存在混沌特性,發(fā)現(xiàn)其Lyapunov指數(shù)盡管出現(xiàn)正值,但是非常接近于零,不存在混沌現(xiàn)象.同時(shí)在研究中也發(fā)現(xiàn),盡管不存在混沌現(xiàn)象,可是不同的缺陷回波信號(hào)有著不同的Lyapunov指數(shù)分布曲線,可用于對(duì)超聲信號(hào)的檢測(cè)。通過研究超聲信號(hào)狀態(tài)軌跡在相空間的演化規(guī)律,重建了其相空間,發(fā)現(xiàn)噪聲與缺陷超聲回波信號(hào)有著明顯不同的相空間結(jié)構(gòu)。同時(shí),在其相空間平面上,可以明顯看出這個(gè)信號(hào)中的噪聲水平,可為信號(hào)中信噪比的分析與降噪提供參考。

5、論文探索和研究了將分形信號(hào)處理的理論和方法應(yīng)用到超聲信號(hào)處理上,分析和研究了超聲回波信號(hào)中的分形特性。通過對(duì)分形維數(shù)的計(jì)盒方法和R/S法的算法分析,并結(jié)合四種分形信號(hào),探索了這些算法的特點(diǎn)和性能,為在超聲信號(hào)處理中應(yīng)用該方法作了鋪墊。結(jié)合對(duì)實(shí)測(cè)超聲信號(hào)的大量分析,采用歸一化尺度計(jì)盒維數(shù)方法來(lái)估算超聲信號(hào)的分形維數(shù),用分段R/S方法來(lái)估算超聲信號(hào)的mitst指數(shù)。在對(duì)大量超聲信號(hào)統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上,發(fā)現(xiàn)超聲信號(hào)中存在分形特性,即信號(hào)間存在統(tǒng)

6、計(jì)自相似特性。這些特性在缺陷回波信號(hào)和噪聲信號(hào)中有明顯的區(qū)別。在對(duì)其進(jìn)行分形特性分析的過程中,為了克服使用最小二乘法的不足,采用了衡量分形特性的線性度指標(biāo)。將分形維數(shù)和Hurst指數(shù)與線性度指標(biāo)相結(jié)合,并應(yīng)用到超聲信號(hào)的自動(dòng)檢測(cè)上,可實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲信號(hào)的在線自動(dòng)檢測(cè)與大量無(wú)缺陷信號(hào)的實(shí)時(shí)剔除。 論文中對(duì)兩類難檢缺陷的檢測(cè)方法進(jìn)行了研究。一類是近表面缺陷,一類是小貫穿孔類缺陷,這兩類缺陷的超聲回波信號(hào)都疊加在管道界面回波中,在管道內(nèi)、