基於動態小波指紋技術的儲罐底板腐蝕非接觸式超聲檢測方法
2023-09-16 00:56:55
基於動態小波指紋技術的儲罐底板腐蝕非接觸式超聲檢測方法
【專利摘要】基於動態小波指紋技術的儲罐底板腐蝕非接觸式超聲檢測方法，被測試件選取一塊面積小於水槽的鋼板；被測鋼板浸沒在透明玻璃水槽中，將水浸非聚焦探頭固定在四軸聯動掃描平臺的移動臂上。確定X方向和Y方向的掃描步長；由計算機對採集到的一組回波信號進行分析處理，繪出其波形的原始時域圖。截取其中一段為有效檢測區域；利用動態小波指紋技術的小波變換對截取的時域信號進行分解；對降噪後的信號進行連續小波變換得到小波係數矩陣。對得到的矩陣進行歸一化處理。將得到的成像時間點和掃描時記錄下的該點位置坐標同時寫入矩陣，得到C掃描圖像。在無需清罐的條件下對儲罐底板腐蝕缺陷進行檢測，可提高檢測效率、降低檢測成本。
【專利說明】基於動態小波指紋技術的儲罐底板腐蝕非接觸式超聲檢測 方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種板結構腐蝕缺陷非接觸式超聲檢測方法，特別是基於動態小波指 紋技術的儲罐底板腐蝕超聲掃描成像方法。該方法適用於常壓容器、大型儲罐等底板腐蝕 缺陷的檢測，屬於無損檢測領域。
【背景技術】
[0002] 大型常壓儲罐作為儲備原油、化工原料及其產品的專用設備，廣泛應用於石油、化 工、國防、交通運輸等諸多領域。由於其盛裝著易燃易爆、劇毒或腐蝕液體，並長期運行在高 溫、高壓環境下，儲罐底板極易出現腐蝕缺陷。儲罐底板腐蝕狀態是影響儲罐安全運行的決 定性因素，其嚴重程度是指導儲罐維修決策制定的主要指標，而儲罐底板的腐蝕檢測與腐 蝕安全評估是常壓儲罐安全運行的重要技術保障措施之一。
[0003] 目前，儲罐底板腐蝕檢測有多種技術方法。在儲罐運行期間，使用聲發射技術檢測 儲罐底板的腐蝕，可以對儲罐底板腐蝕狀態做出定性評價，並給出腐蝕缺陷的定位分布，但 不能對底板腐蝕深度進行評價。在儲罐清罐檢測期間，常採用外觀檢查、超聲波測厚、漏磁 檢測相結合的檢測方法，外觀檢查和超聲波測厚用於檢測和判斷均勻腐蝕程度，漏磁檢測 用於檢測點腐蝕和區域性腐蝕缺陷。這些方法雖可避免一些腐蝕引起的洩漏事故，但由於 需停產檢測，檢測時間長、費用較高，且檢修對象的確定存在盲目性，容易造成漏檢和過度 檢驗，給儲罐的安全經濟運行帶來隱患。
[0004] 針對儲罐現有檢測方法存在的不足，本專利提出一種基於動態小波指紋技術的儲 罐底板腐蝕非接觸超聲檢測方法，實現儲罐底板腐蝕在線檢測。本方法在無需清罐的條件 下,通過對底板腐蝕掃描成像,不僅可以實現底板腐蝕檢測、定位，同時可以實現腐蝕深度 測量。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在於提供一種大型常壓儲罐底板腐蝕非接觸式超聲檢測方法，特別 是基於動態小波指紋技術的超聲掃描成像方法。在無需清罐的條件下，該方法採用液浸式 探頭對儲罐底板進行掃描檢測，並通過對底面回波信號進行動態小波指紋分析，提取出底 板上下表面的回波達到時間信息，再結合底板中波傳播速度，計算出底板厚度，從而實現腐 蝕深度測量，並C掃描成像確定腐蝕所在的位置。
[0006] 本發明提出的基於動態小波指紋技術的儲罐底板腐蝕非接觸式超聲檢測方法，其 基本原理在於：
[0007] 本文提出的動態小波指紋技術中，首先利用小波變換對噪聲幹擾的原始時域信號 進行分解。由於時域回波信號的類型不同，在信號分解時所選用的母小波函數和小波函數 尺度也不盡相同。根據小波分解後的能量分布特性，可以得到不同尺度下的小波係數。
[0008] 為抑制分解信號中噪聲的幹擾，在不同尺度上對小波變換的係數採用閾值法進行 處理。保留大尺度下幅值高於閾值的全部分解值，對於小尺度下的分解值，將幅值低於閾值 的小波係數置為零，進行信號重構得到抑制噪聲後的信號。對降噪後的信號進行連續小波 變換，可得到小波係數矩陣W(s，η)。計算小波係數矩陣W(s，η)的小波功率譜，用表 /Jn 〇
[0009]
【權利要求】
1. 一種儲罐底板腐蝕非接觸式超聲檢測裝置，其特徵在於：該裝置包括計算機（1)、四 軸聯動掃描平臺（2)、超聲脈衝發射接收儀（3)、數字示波器（4)、中也頻率為5MHz的水浸 非聚焦探頭巧）、透明玻璃水槽化）；四軸聯動掃描平臺（2)與計算機（1)相連，中也頻率為 5MHz的水浸非聚焦探頭（5)固定在四軸聯動掃描平臺（2)上，選擇Z方向的最優位置不變， 通過步進電機可改變探頭X、Y方向的位置；超聲脈衝發射接收儀（3)的T/R埠與中也頻 率為5MHz的水浸非聚焦探頭（5)相連，超聲脈衝發射接收儀（3)的輸出埠與數字示波器 (4)的1通道相連；將實驗室用被檢測鋼板放入透明玻璃水槽化）中，加一定高度的液體作 為禪合劑，完全浸沒被檢測鋼板，同時將水浸非聚焦探頭巧）的下表面浸入到水面W下進 行掃描檢測。
2. 基於動態小波指紋技術的儲罐底板腐蝕非接觸式超聲檢測方法，其特徵在於：該方 法是通過W下步驟實現的， 1) 被測試件選取一塊面積小於水槽且厚度在之間的鋼板，上表面存在腐蝕 缺陷，缺陷的最大深度小於板厚； 2) 被測鋼板浸沒在透明玻璃水槽中，將水浸非聚焦探頭固定在四軸聯動掃描平臺的移 動臂上；計算機控制掃描平臺，固定X、Y方向的步進電機不動，只改變Z方向的距離；根據 該探頭的聲學特性及仿真結果，選擇探頭距鋼板上表面的最優液體禪合深度； 3) 得到最優禪合深度後，固定Z軸不動，採用X-Y雙軸掃描模式，選擇的掃描區域為缺 陷周圍的某一長寬固定範圍，確定X方向和Y方向的掃描步長； 4) 由超聲脈衝發射接收儀激發不同能量等級的連續脈衝作為激勵信號，數字示波器顯 示採集到的原始回波信號；步進電機每移動一步，數字示波器會顯示一個回波信號的完整 波形，將每組波形信號的數據分別編號保存； 5) 由計算機對採集到的一組回波信號進行分析處理，繪出其波形的原始時域圖；截取 其中一段為有效檢測區域，可首先排除上表面多次回波的幹擾； 6) 利用動態小波指紋技術的小波變換對步驟5)中截取的時域信號進行分解，根據時 域信號的類型優化所選用的母小波函數和小波函數尺度；採用闊值法對分解信號進行降噪 處理，保留大尺度下的全部分解值，對於小尺度下的分解值，將幅值低於闊值的小波係數置 為零進行信號重構； 7) 對降噪後的信號進行連續小波變換得到小波係數矩陣；根據公式（1)計算小波功率 譜，已知小波功率譜確定脈衝信號的中也位置，計算如公式（2)所示；通過脈衝信號的中也 位置，選擇合適的半窗寬X的大小，可確定分割窗的寬度（nc-x，nc+x);利用窗函數截取分解 後的小波係數矩陣，得到分離係數矩陣； 8) 對步驟7)得到的矩陣進行歸一化處理，並在不同的時間尺度點做"切片"，切片後的 係數矩陣經投影即可得到黑白像素表示的動態小波指紋圖；記錄指紋圖中提取的鋼板上下 表面能量極值點的時間值，計算被測鋼板的厚度； 9) 重複步驟8)，將得到的成像時間點和掃描時記錄下的該點位置坐標同時寫入矩陣， 得到C掃描圖像。
3. 根據權利要求2所述的基於動態小波指紋技術的儲罐底板腐蝕非接觸式超聲檢測 方法，其特徵在於：所述公式（1)、（2)為計算小波係數矩陣W(s，n)的小波功率譜，用示2如） 表不，
(1) 當小波功率譜給定時，通過該功率譜圖可w確定脈衝信號的中也位置，
(2) 其中，n。為脈衝信號的中也位置值，砍j(/,)為小波功率譜。
【文檔編號】G01N29/44GK104391039SQ201410648212
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月15日 優先權日:2014年11月15日
【發明者】李兵, 方舟, 陳彥澤, 常予, 焦敬品 申請人:中國特種設備檢測研究院, 北京工業大學