一种内衬防腐蚀管道的缺陷成像方法与流程

本发明涉及管道缺陷检测领域，特别是涉及一种内衬防腐蚀管道的缺陷成像方法。

背景技术：

石油化工行业是国民经济的重要基础和支柱产业，对国民经济的持续稳定发展有着举足轻重的作用。在石油化工行业中通常采用防腐蚀压力管道进行油气的传输。

传统的防腐蚀压力管道主要包括外防腐蚀层压力管道和内衬防腐蚀压力管道。外防腐蚀层压力管道即在压力管道的外侧设置防腐层形成的压力管道，而内衬防腐蚀压力管道则是在管道内侧设置防腐层形成的压力管道。由于内衬防腐蚀压力管道防腐层直接处于流体、腐蚀、多种化学物质混合等环境中，很容易被腐蚀而造成缺陷，从而导致泄漏。为此，对于内衬防腐蚀压力管道缺陷的检测显得尤为重要。

在内衬防腐蚀压力管道出现缺陷时,内衬防腐蚀压力管道的防腐蚀材料层的某些物理性能和化学性能会发生变化，从而在内衬防腐蚀材料层中形成一些微观或宏观的变化，通过对内衬防腐蚀材料层的缺陷进行检测，可获得与内衬防腐蚀压力管道性能相关的信息，实现对内衬防腐蚀压力管道性能进行快速有效地评价，确定合理的检修时间，可以有效地避免因腐蚀层失效引起的事故和经济损失，因此，如何发现和确定内衬防腐蚀压力管道的缺陷成为了研究的课题。

技术实现要素：

基于此，本发明的目的在于，提供一种内衬防腐蚀管道的缺陷成像方法，其具有可以直观清楚地获悉待测的内衬防腐蚀管道的缺陷位置及缺陷情况，方便后续对待测的内衬防腐蚀管道的维修工作的优点。

一种内衬防腐蚀管道的缺陷成像方法，包括如下步骤：

在待测的内衬防腐蚀管道加载成像激励信号；

采集所述成像激励信号经由待测的内衬防腐蚀管道后，反馈的成像激励反射信号和成像激励透射信号；

分别获取成像激励反射信号的弯曲模态导波和成像激励透射信号的弯曲模态导波，并对两种信号的弯曲模态导波分别进行时间反演处理，获得两种信号的时间反演信号；

对两种信号的时间反演信号分别进行激励反演，获得两组激励反演数据；

对两组激励反演数据进行时间和空间上的聚焦处理，获得振动云图；

将振动云图转换为三维彩色点云云图，以对内衬防腐蚀管道的缺陷进行成像。

相比于现有技术，本发明通过将待测的内衬防腐蚀管道进行三维彩色点云云图成像处理，可以直观清楚地获悉缺陷位置及缺陷情况，大大方便了后续对待测的内衬防腐蚀管道的维修工作。采用弯曲模态导波进行时间反演处理，可以确保将待测的内衬防腐蚀管道的缺陷完整的展示。

进一步地，所述在待测的内衬防腐蚀管道加载成像激励信号，包括：在沿待测的内衬防腐蚀管道的轴向方向的两端分别设置第一激励换能器阵列、以及第二激励换能器阵列；在第一激励换能器阵列或第二激励换能器阵列上加载成像激励信号，以将成像激励信号传导至待测的内衬防腐蚀管道。

所述第一激励换能器阵列和第二激励换能器阵列均采用基于压电效应的压电陶瓷，且均通过耦合剂粘贴于待测的内衬防腐蚀管道的表面。

进一步地，所述成像激励信号为超声波信号。采用超声导波探测，能够有效地增强信号幅度，提高信噪比，有效实现了对内衬防腐蚀管道长状结构的长距离的准确检测。

进一步地，采集所述成像激励反射信号和成像激励透射信号时，将用于生成成像激励信号的波形发生器的同步接口sync与数据采集卡的外触发接口相连，且将成像激励反射信号和成像激励透射信号分别接入数据采集卡的不同通路，实现所述成像激励反射信号和成像激励透射信号的同步采集，进而提高后续数据处理的准确性。

进一步地，所述对两种信号的弯曲模态导波分别进行时间反演处理的方式为：将两种信号的弯曲模态导波弯曲模态导波分别导入数字处理软件中，按照弯曲模态导波到达阵列的顺序进行前后反转，以获得两种信号的时间反演信号。

进一步地，所述获得激励反演数据的方式为：根据厂家提供的待测的内衬防腐蚀管道的参数信息，在有限元模型软件中建立与待测的内衬防腐蚀管道相对应的模型并设置仿真参数，通过仿真后获得两组激励反演数据。

进一步地，所述获得振动云图的方式为：通过将对两组激励反演数据中的内衬防腐蚀管道的每个点的位移值相乘，再将所有时刻下的乘积叠加，获取待测的内衬防腐蚀管道在每个时刻每个点的应力值，再根据所述应力值获得振动云图。

进一步地，所述将振动云图转换为三维彩色点云云图的方式为：通过将振动云图的应力值与定义的rgb空间曲线映射，以获得三维彩色点云云图。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为本发明实施例中内衬防腐蚀管道的缺陷成像方法的流程图；

图2为成像激励信号的散射和时反聚焦示意图；

图3为对两种信号的时间反演信号分别进行激励反演后的仿真图；

图4为本发明实施例中的振动云图；

图5为本发明实施例中的三维彩色点云云图。

具体实施方式

请参阅图1，其为本发明实施例中内衬防腐蚀管道的缺陷成像方法的流程图。所述的内衬防腐蚀管道的缺陷成像方法，包括如下步骤：

步骤s1：在待测的内衬防腐蚀管道加载成像激励信号。

在一个实施例中，为了实现将待测的内衬防腐蚀管道的缺陷进行成像，在沿待测的内衬防腐蚀管道的轴向方向的两端分别设置了第一激励换能器阵列、以及第二激励换能器阵列。具体的，所述第一激励换能器阵列和第二激励换能器阵列均采用基于压电效应的压电陶瓷，且均通过耦合剂粘贴于待测的内衬防腐蚀管道的表面，以实现待测的内衬防腐蚀管道的振动与电信号的转换。在第一激励换能器阵列或第二激励换能器阵列上加载成像激励信号，进而将成像激励信号传导至待测的内衬防腐蚀管道。

在一个实施例中，所述成像激励信号为超声波信号。

请参阅图2，其为成像激励信号的散射和聚焦结构示意图；其中图2(a)为成像激励信号的散射示意图；图2(b)时反聚焦示意图。

步骤s2：采集所述成像激励信号经由待测的内衬防腐蚀管道后，反馈的成像激励反射信号和成像激励透射信号。

成像激励信号加载在待测的内衬防腐蚀管道后将进行散射，其中一部分经反射后，反馈回加载成像激励信号的第一激励换能器阵列ps或第二激励换能器阵列pn，进而获取成像激励反射信号；另一部分穿过待测的内衬防腐蚀管道，反馈到未加载成像激励信号的第二激励换能器阵列pn或第一激励换能器阵列ps，进而获取成像激励透射信号。

为实现数据采集的准确性，在一个实施例中，对成像激励透射信号和成像激励反射信号通过数据采集卡实现同步采集，具体的，将生成成像激励信号的波形发生器的同步接口sync与数据采集卡的外触发接口相连，使得加载成像激励信号时，数据采集卡开始采集，而且保证每次采样的时间起点均一致。另外，还将用于获取成像激励反射信号的第一激励换能器阵列ps或第二激励换能器阵列pn、以及用于获取成像激励透射信号的第二激励换能器阵列pn或第一激励换能器阵列ps分别接入数据采集卡的不同通路，保证在每一次加载成像激励信号时，两端信号均是同步采集。

请参阅图3，其为对两种信号的时间反演信号分别进行激励反演后的仿真图步骤s3：分别获取成像激励反射信号的弯曲模态导波和成像激励透射信号的弯曲模态导波，并对两种信号的弯曲模态导波分别进行时间反演处理，获得两种信号的时间反演信号。

加载在待测的内衬防腐蚀管道的成像激励信号，当遇到非轴对称性损伤而产生的缺陷时，均会产生弯曲模态导波，根据待测的内衬防腐蚀管道的频散曲线和激励信号频率，可以推导出不同模态的导波波速，进而可以提取出所需的弯曲模态导波，具体的，获取成像激励反射信号和成像激励透射信号的弯曲模态导波的原理为：假设成像激励信号f(ω)激发出纵向模态l和弯曲模态f，在一定距离上产生的传递函数为hl(ω)和hf(ω)，则接收到的混合模态导波信号为：glf(ω)＝f(ω)hl(ω)+f(ω)hf(ω)，先用对glf(ω)进行补偿，则得对上式进行傅里叶逆变换得到时域信号，将f(ω)从补偿后的信号中去除，再将结果变为频域，再用hl(ω)进行反补偿，即可获取弯曲模态f的频谱再对其进行傅里叶逆变换，可得对应的时域波形。

时间反演是指对采集到的信号，在时域上将其反转的一种逆序处理方法。在一个实施例中，将提取的弯曲模态导波导入数字处理软件中，按照弯曲模态导波到达阵列的顺序进行前后反转，生成时间反演信号。

步骤s4：对两种信号的时间反演信号分别进行激励反演，获得两组激励反演数据。

在一个实施例中，将两种信号的时间反演信号分别导入到有限元仿真模型中进行激励反演，以获取待测的内衬防腐蚀管道的两组激励反演数据，具体的，根据厂家提供的待测的内衬防腐蚀管道的参数信息，在有限元模型软件中建立与待测的内衬防腐蚀管道相对应的模型并设置仿真参数，通过仿真后获得两组激励反演数据。其中，所述激励反演数据包括待测的内衬防腐蚀管道中每个点的位移。

请参阅图4，其为本发明实施例中的振动云图。

步骤s5：对两组激励反演数据进行时间和空间上的聚焦处理，以获取振动云图。

通过将对待测的内衬防腐蚀管道激励时产生的位移值即将两端的激励反演数据中的待测的内衬防腐蚀管道的每个点的位移植相乘，再将所有时刻下的乘积叠加，进而即可获取待测的内衬防腐蚀管道在每个时刻每个点的应力值，再通根据所述应力值获得振动云图。在一个实施例中，将两端的激励反演数据中的每个点位移导出，并导入数据处理软件做时间、空间聚焦处理，以获取振动云图。

请参阅图5，其为本发明实施例中的三维彩色点云云图，此图显示为经过灰度处理后的图像，其中椭圆形框框内的部分即为缺陷位置和缺陷图像。

步骤s6：将振动云图转换为三维彩色点云云图，以对内衬防腐蚀管道的缺陷进行成像。

通过将振动云图的应力值与定义的rgb空间曲线映射，可使应力值中的分布于明显的色阶中，进而可将待测的内衬防腐蚀管道界面因损伤而出现的缺陷位置及缺陷情况可明显被区分出来，进而可进行后续的缺陷分析处理。

相比于现有技术，本发明通过将待测的内衬防腐蚀管道进行三维彩色点云云图成像处理，可以直观清楚地获悉缺陷位置及缺陷情况，大大方便了后续对待测的内衬防腐蚀管道的维修工作。采用弯曲模态导波进行时间反演处理，可以确保将待测的内衬防腐蚀管道的缺陷完整的展示。进一步地，采用超声导波探测，能够有效地增强信号幅度，提高信噪比，有效实现了对内衬防腐蚀管道界面长状结构的长距离的准确检测。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。