基于超声导波的管道缺陷监测及径向损伤评估*

徐 阳 罗明璋 杜国锋

(1.长江大学电子信息学院 2.长江大学城市建设学院)

0 引 言

油气管道服役环境复杂，外界冲击以及环境因素等容易引起管道变形、腐蚀和裂纹等缺陷[1-4]，一旦缺陷径向损伤深度达到贯穿管壁就会造成泄漏事故，严重危及企业生产和人民生命财产安全。为保证油气管道安全运行，对管道缺陷进行监测及径向损伤深度评估具有十分重要的意义[5-8]。应用超声导波进行管道缺陷监测具有效率高、成本低以及监测范围广等优点，在管道结构健康监测领域获得了广泛的应用[9-11]。

国内外学者对导波与管道缺陷的相互作用进行了大量研究。D.C.GAZIS[12-13]首先推导出了无限长各向同性圆管中导波传播的理论表达式，为导波在管道中的传播研究奠定了理论基础。A.H.FITCH[14]通过试验得到了管道内导波的群速度值，验证了D.C.GAZIS提出的理论解。D.N.ALLEYNE等[15-16]研究了纵向模态导波在管道裂纹缺陷上的反射现象。M.J.S.LOWE等[17]研究了导波在管道缺陷处的模态转换现象。在管道损伤初期出现的小缺陷，对于超声导波的反射回波信号很微弱，容易被其他噪声淹没而无法监测。利用时间反转技术可以提高超声导波对小缺陷的监测能力，大量研究成果为这一新技术提供了有益的参考[18-19]。时间反转法最早由法国科学家M.FINK[20]提出，该方法是将直接导波监测信号中的缺陷回波进行时间反转并重新激励出去，使导波能量在缺陷位置发生聚焦，增强缺陷反射回波的幅值从而有利于信号监测。……