一种基于电磁超声阵列扭转导波的管道裂纹定位方法

本发明属于油气管道裂纹检测，尤其涉及一种基于电磁超声阵列扭转导波的管道裂纹定位方法。

背景技术：

1、油气管道系统作为输送石油、天然气的管道设备，具有着长距离运输、24小时不间断连续性运输、环保节能、便于维护、经济便捷等诸多特点，因而在油田井场的各类液体和气体（如污水、泥浆、石油、天然气等）输送场合中得到了广泛的应用。然而发明人发现，受复杂恶劣工况以及内外介质侵蚀的影响，现有管道在长期服役后容易出现裂纹以及老化腐蚀等问题，严重影响管道系统的正常使用。因此，需要技术人员及时对管道裂纹进行定位检测，从而对发现的缺陷进行适应性评估检修。

2、其中，作为一种新兴的无损管道裂纹定位技术，电磁超声检测技术利用电磁超声波在管道管壁上产生纵波、扭转波以及弯曲波，通过检测超声导波的转变情况，实现对管道裂纹的定位检测。但现有电磁超声检测管道裂纹定位技术还不够成熟，对于大输气量以及间隔较长管道的裂纹定位结果还不够精准；且在实际应用中受环境噪声等因素的影响，裂纹定位检测容易出现误判。因此，有必要提供一种解决方案以实现对管道裂纹的精准定位。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于电磁超声阵列扭转导波的管道裂纹定位方法，该管道裂纹定位方法实现了对管道裂纹的准确定位，为管道系统的裂纹检测评估提供了强有力的技术支持。

2、为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

3、一种基于电磁超声阵列扭转导波的管道裂纹定位方法，包括有如下步骤：

4、根据导波模态分解接收信号，得到导波信号的扭转模态分量 t(t)和一阶弯曲模态分量 f(t)；分别对扭转模态分量 t(t)、一阶弯曲模态分量 f(t)取希尔伯特变换，得到包络信号；

5、对包络信号进行峰值分析，分别得到直达波峰值时刻 t0和缺陷回波峰值时刻 t1；

6、根据扭转导波在管道内的传播速度 c p，计算得到管道裂纹的轴向位置，满足：；

7、提取缺陷回波峰值时刻 t1下各路导波信号的幅值，绘制极坐标图，观察缺陷回波的周向分布情况；

8、若缺陷回波的周向分布呈对称分布，则周向分布中偏离平均信号最大的异常值对应角度 θ 0即为管道裂纹中心的周向位置。

9、进一步优选的，若缺陷回波的周向分布呈不对称分布，则提取信号中偏离平均信号最大的异常点以及其两侧的点；

10、按照幅值从大至小的顺序，将上述三个点分别标记为点a、b、c；点a、b、c对应幅值分别为 y a、 y b、 y c，对应角度为 θ a、 θ b、 θ c，则线段ac的解析表达式可以表示为：；

11、在线段ac上作点b的对称点e，记点e的幅值与点b一致，即满足：；代入解得点e对应角度 θ e；

12、则管道裂纹中心的周向位置为点b和点e的对称中心，满足：。

13、进一步优选的，所述根据导波模态分解接收信号，得到导波信号的扭转模态分量 t(t)和一阶弯曲模态分量 f(t)的过程可以具体描述为：

14、将在管道表面激励出沿管道轴向传播的扭转导波的电磁超声换能器记作 s1；将放置在电磁超声换能器 s1一端、用于接收导波信号的 n阵列电磁超声换能器记作 s2；其中， n阵列电磁超声换能器 s2沿管道周向均匀排布；

15、将电磁超声换能器 s1与 n阵列电磁超声换能器 s2之间的距离记作 d； n阵列电磁超声换能器 s2接收的各路导波信号记作；其中，为 n阵列电磁超声换能器 s2在管道周向的分布角度；

16、扭转导波的模态分量 t(t)由 n阵列电磁超声换能器 s2接收的各路导波信号叠加得到，满足：；

17、一阶弯曲模态分量 f(t)是通过将 n阵列电磁超声换能器 s2接收的各路导波信号在频域上延迟相位后，在时域上进行信号叠加得到，满足：

18、；

19、其中，e为自然对数的底，i为虚数单位，ω为导波信号的角频率。

20、本发明提供了一种基于电磁超声阵列扭转导波的管道裂纹定位方法，具体的，该管道裂纹定位方法具体包括有如下步骤：求取导波信号的扭转模态分量和一阶弯曲模态分量；求取得到包络信号；求取得到直达波峰值时刻和缺陷回波峰值时刻；计算得到管道裂纹的轴向位置；绘制极坐标图，观察缺陷回波的周向分布情况；根据缺陷回波的周向分布情况，确定管道裂纹中心的周向位置的步骤。具有上述步骤特征的基于电磁超声阵列扭转导波的管道裂纹定位方法，其相比于现有技术的管道裂纹定位方法，能够有效克服高频噪声背景及混叠信号所导致的缺陷回波特征分析判别困难的问题，简化了接收信号的分析难度，提高了管道裂纹的识别率和检测精度，实现了管道裂纹轴向与周向的精准定位。

技术特征：

1.一种基于电磁超声阵列扭转导波的管道裂纹定位方法，其特征在于，包括有如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于电磁超声阵列扭转导波的管道裂纹定位方法，其特征在于，若缺陷回波的周向分布呈不对称分布，则提取信号中偏离平均信号最大的异常点以及其两侧的点；

3.根据权利要求1所述的一种基于电磁超声阵列扭转导波的管道裂纹定位方法，其特征在于，所述根据导波模态分解接收信号，得到导波信号的扭转模态分量t(t)和一阶弯曲模态分量f(t)的过程可以具体描述为：

技术总结
本发明属于油气管道裂纹检测技术领域，尤其涉及一种基于电磁超声阵列扭转导波的管道裂纹定位方法。本发明提供了一种基于电磁超声阵列扭转导波的管道裂纹定位方法，该管道裂纹定位方法实现了对管道裂纹的准确定位，为管道系统的裂纹检测评估提供了强有力的技术支持。该管道裂纹定位方法具体包括有如下步骤：求取导波信号的扭转模态分量和一阶弯曲模态分量；求取得到包络信号；求取得到直达波峰值时刻和缺陷回波峰值时刻；计算得到管道裂纹的轴向位置；绘制极坐标图，观察缺陷回波的周向分布情况；根据缺陷回波的周向分布情况，确定管道裂纹中心的周向位置的步骤。

技术研发人员：袁新安,李伟,殷晓康,李肖,赵建明,王志仁,袁亚星,胡栋,王文彬,赵建超,丁建喜,陈钦宇,王向阳
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27