海底管道超聲檢測信號的時頻分析及缺陷評估研究.pdf

1、海底輸油管道作為大量輸送石油、氣體等能源的安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸手段在世界各地得到了廣泛應(yīng)用.管道在運(yùn)行過程中會受到各種環(huán)境因素的影響,必須對海底管道進(jìn)行定期檢查和維修,以保障在役管道的安全運(yùn)行,延長使用壽命.超聲檢測技術(shù)因其所具有的檢測精度高的優(yōu)點(diǎn)一直受到管道檢測專家和學(xué)者的高度重視.超聲檢測信號的處理和缺陷評價技術(shù)是海底管道超聲檢測系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一,它是海底管道安全狀況評估和維修的主要依據(jù).本論文致力于海底管道超聲無損檢測中的超聲檢測信

2、號的消噪處理、時頻分析和缺陷評估的研究. 用超聲波對管道進(jìn)行檢測時,缺陷信息將通過接收到的超聲回波信號的幅度、頻率或相位來表現(xiàn),但由于實際材料的復(fù)雜性,以及超聲波與材料微結(jié)構(gòu)相互作用的復(fù)雜性,導(dǎo)致了接收到的超聲信號的非平穩(wěn)性.因此,如何從這些信號中提取所需信息是一項困難而又重要的課題,也是無損檢測的必要手段.本文采用了一種全新的非平穩(wěn)、非線性信號分析方法Hilbert-Huang變換(Hilbert-Huang Transfor

3、m,簡稱HHT)對超聲檢測信號在時頻域進(jìn)行分析和處理,提取超聲檢測信號的時頻域特征,從而能更深入、更全面地識別超聲檢測信號中隱含的信息,為超聲回波信號的提取與處理提供一個更準(zhǔn)確、更接近實際的分析方法. 本文首先對HHT進(jìn)行了全面、系統(tǒng)的論述與分析,以理論和分析的結(jié)果充分說明了HHT用于超聲信號分解和時頻分析的合理性和有效性. 用HHT方法對超聲信號進(jìn)行時頻分析的仿真結(jié)果表明,由經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒纸?Empirical Mode

4、Decomposition,簡稱EMD)得到的一系列自適應(yīng)的超聲信號固有模式函數(shù)(Intrinsic Mode Function,簡稱IMF)能夠很好地表征超聲信號的非平穩(wěn)特性;與小波分析方法相比,時間--頻率--幅值(能量)表示的三維Hilbert時頻譜更能真實、準(zhǔn)確地反映出超聲信號蘊(yùn)含的特征信息. 超聲信號的預(yù)處理水平直接關(guān)系到管道超聲檢測中缺陷識別的精度.在海底管道超聲檢測信號中含有大量的噪聲,必須對其濾除.本文在對EMD

5、分解的濾波特性深入分析的基礎(chǔ)上,提出了一種基于EMD的消噪算法.該算法充分保留了信號本身的非線性和非平穩(wěn)特征,具有自適應(yīng)性強(qiáng)、多尺度、時頻域濾波等特點(diǎn),在信號的濾波和消噪中具有很大的優(yōu)勢.在此基礎(chǔ)上,本文還提出了改進(jìn)的EMD消噪算法:EMD硬閾值消噪、EMD軟閾值消噪算法.仿真結(jié)果表明,基于:EMD分解的消噪算法對超聲信號的消噪是相當(dāng)有效的,即使在強(qiáng)噪聲的干擾下,也能對超聲缺陷回波信號突變位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位,在有效降低噪聲影響的同時,能夠

6、最大程度的保留缺陷的特征信息,具有良好的時間(位置)分辨率.與小波消噪方法的比較結(jié)果表明在不同的噪聲水平下兩種方法在提高信噪比方面效果接近.另外,同小波消噪相比,本文提出的消噪方法不需要預(yù)知信號的特征信息,更適用于非平穩(wěn)信號的濾波和消噪,可望實現(xiàn)更好的消噪效果. 文中最后介紹了最新研制成功的"海底管道超聲在線檢測系統(tǒng)"模擬機(jī).針對海底管道壁厚減薄狀況和腐蝕缺陷的檢測,建立了管道腐蝕缺陷的量化分析模型;提出了一種基于HHT邊緣譜的