管道裂缝及腐蚀缺陷的合成聚焦超声导波无损检测技术

在本文中，段方、孙泽青、孙安玉和居冰峰四位研究人员针对化工、能源以及基础建设等多个行业中广泛使用的管道结构的无损检测问题，提出了一种新的合成聚焦超声导波检测技术。这种技术特别适用于管道微小缺陷的检测，其最小检测极限达到了管道截面积变化的0.32%。 文章中提到了管道结构在现代工业中的重要作用以及为何需要进行无损检测。由于管道在使用过程中会遇到空间跨度大、服役周期长以及工作环境恶劣等问题，因此，全面检测管道健康状况成为了工程界面临的重大挑战。传统方法通过在爬行机器人上安装光学镜头、超声体波探头、X射线检测仪、磁漏或涡流探测器，虽然可以实现对管道内壁的逐点扫描检测，但是这种方法效率低下，检测周期长，并且在检测过程中需要暂时停运整个管道系统，从而增加了检测成本。 为了解决这些问题，文章介绍了一种基于超声导波技术的检测方法。这种方法的核心优势在于导波沿管道轴向传播时的衰减非常小，从而能够达到较远的检测范围。文章提到了奥林巴斯公司开发的UltraWaveLRT管道导波检测系统，其双向检测范围可达182米；同时，英国焊接研究所（TWI）的全资公司PlantIntegrity也研发了类似的检测系统。 文章的重点在于提出了一种合成聚焦技术，该技术引入了维纳反卷积滤波来增强信号处理的能力。这种合成聚焦方法的核心在于补偿回波信号中不同阶模态分量的频散特性，使得信号的合成波形更准确地反映管道的实际状态。在这种方法中，当管道缺陷在T(0,1)模态扭转波的激励下，会反射出具有不同传播速度的多阶模态。通过沿管道周向扫描的小型传感器，可以在一定轴向距离处接收到这些回波信号。 文章详细阐述了使用合成聚焦方法结合维纳反卷积滤波技术提取缺陷反射系数分布的原理，并且将这种分布用于缺陷成像。通过计算缺陷所在轴向位置上反射系数周向分布曲线的半高宽（Full Width at Half Maximum, FWHM），可以作为评判缺陷周向尺寸的定量准则。研究团队已经通过实验验证了该方法能够定量检测周向割缝缺陷的尺寸，并且能够成功检测出在管道表面粘贴的不锈钢薄片。 文章中也提到了关键词，包括机械电子工程、管道导波、合成聚焦、频散特性补偿以及维纳反卷积。此外，文章中还包含了中图分类号TH865，以及对于文章基金项目的说明，即2012年度高等学校博士学科点专项科研基金（***）。作者简介部分则提供了关于段方的基本信息，他是一位在读硕士研究生，主要研究方向为超声检测与超声加工。同时，文中提供了通信联系人居冰峰教授的相关信息，他是超精密测量领域的专家。 该研究成果为管道无损检测领域提供了一种新的技术手段，尤其在检测微小缺陷方面表现出色，有助于提高工业管道检测的效率和准确性，为保障工业管道的安全运行提供了科学依据和技术支持。