超聲相控陣油氣管道環(huán)焊縫缺陷檢測(cè)技術(shù)的研究.pdf

1、超聲檢測(cè)是油氣管道環(huán)焊縫缺陷檢測(cè)的一項(xiàng)重要技術(shù)。超聲相控陣由于具有獨(dú)特的電子掃查、動(dòng)態(tài)聚焦和扇形掃描特性，能實(shí)現(xiàn)對(duì)非平面表面及復(fù)雜結(jié)構(gòu)物體的缺陷檢測(cè)，成為近幾年超聲探傷領(lǐng)域中的一個(gè)研究熱點(diǎn)。本文重點(diǎn)研究了超聲相控陣在油氣管道環(huán)焊縫缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用及缺陷識(shí)別技術(shù)。 ⑴基于平面矩形活塞陣元，采用數(shù)值分析方法研究了一維超聲相控線陣的聲場(chǎng)特性，對(duì)輻射聲場(chǎng)進(jìn)行仿真。重點(diǎn)探討了陣元數(shù)量N、陣元間距d、陣元長(zhǎng)度ι、陣元寬度w、焦距F和聲束偏轉(zhuǎn)

2、角度θs等線陣參數(shù)對(duì)發(fā)射聲束聚焦偏轉(zhuǎn)的影響，給出了最優(yōu)檢測(cè)性能的換能器尺寸，為相控陣換能器的選擇提供了理論依據(jù)。 ⑵針對(duì)目前超聲相控陣探傷中對(duì)缺陷的定性分析仍然依靠探傷人員檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)的現(xiàn)狀，將模式識(shí)別方法引入到環(huán)焊縫缺陷檢測(cè)。提出了采用提升小波變換提取缺陷信號(hào)特征的方法。針對(duì)超聲相控陣系統(tǒng)采集的油氣管道環(huán)焊縫試塊中的缺陷信號(hào)，采用“頻帶-能量”特征提取形式，結(jié)合基于距離的類別可分性測(cè)度作為特征提取的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，比較了小波包變換與提升

3、小波變換提取缺陷信號(hào)能量特征的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，提升小波特征提取速度比小波包的特征提取速度快一倍。 ⑶采用基于提升小波變換的分形技術(shù)提取缺陷信號(hào)的分形特征。實(shí)驗(yàn)證明，加入分形特征后特征的可分性測(cè)度比僅采用能量特征提高了6.28％，開(kāi)辟了管道環(huán)焊縫缺陷信號(hào)特征提取的一條新途徑。 ⑷采用基本遺傳算法對(duì)提取的油氣管道環(huán)焊縫缺陷特征進(jìn)行優(yōu)選，確定了有利于環(huán)焊縫缺陷識(shí)別的最優(yōu)缺陷特征子集，提高了后續(xù)缺陷識(shí)別的效率。 ⑸采

4、用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)管道環(huán)焊縫缺陷識(shí)別。對(duì)目前在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用最廣泛的多層前饋誤差反向傳播(BP)算法進(jìn)行了性能分析和算法改進(jìn)，較好地實(shí)現(xiàn)了管道環(huán)焊縫缺陷信號(hào)的分類識(shí)別。研究了基于db4提升小波分析的徑向基函數(shù)(RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行環(huán)焊縫缺陷識(shí)別的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，RBF網(wǎng)絡(luò)極大地提高了缺陷識(shí)別的速度，但識(shí)別的準(zhǔn)確率太低，不適合于油氣管道環(huán)焊縫缺陷的識(shí)別。 ⑹提出采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的支持向量機(jī)(SVM)模型對(duì)油氣管道環(huán)焊