基于时间延迟的导波信号分析方法

摘要

一种基于时间延迟的导波信号分析方法，基于对超声导波检测的多组原始信号进行时间延迟和线性叠加，将多组原始信号，分离方向并且合成最终两条检测结果曲线；包括：安装N个传感器：每个传感器组对应一个通道；传感器分为A环和B环；并分别设为奇数号和偶数号；两个环间距为激励信号中心频率对应波长的1/4；选用M个不同中心频率和一定周期数的加窗调制正弦波为激励信号，这M轮激励信号在频域中有各自的中心频率和带宽，各自覆盖一定的频率范围，通过数次激励和改变中心频率，获得M×N×N组数据；通过计算得到最终的管道检测曲线图，实现了检测方向的分离以及对称与非对称信号的分离，便于寻找管道上的缺陷。

主权项

1.一种基于时间延迟的导波信号分析方法，其特征在于：基于对超声导波检测的多组原始信号进行时间延迟和线性叠加，将多组原始信号，分离方向并且合成最终两条检测结果曲线；主要包括以下步骤：1.1.安装传感器：根据标准钢制运输管道的管径安装N个传感器组，每个传感器组对应一个通道；所述的传感器组采用相同数量的传感器分为A环和B环；这些传感器组分为两个环A、B；A、B环包含的传感器组数量相等并且位置对应；两个环间距为激励信号中心频率对应波长的1/4；将A环上的传感器组编号为奇数号，B环上的传感器组编号为偶数号；A环对应通道编号1、3、5、7……，B环对应通道编号2、4、6、8……；所述的A环和B环等距离平行排列；所述的传感器组沿管道A环和B环周向平均分布；正方向为沿管长从B环指向A环的方向；1.2.选用M个不同中心频率和一定周期数的加窗调制正弦波为激励信号，这M轮激励信号在频域中有各自的中心频率和带宽，各自覆盖一定的频率范围，为了获得比较大的带宽，则需要调节这M轮激励信号的中心频率和周期数，使这M组激励信号的频率覆盖范围相互有一部分重叠，从而增大整体频率范围；1.3.当以某一中心频率激励时，首先由通道1激励，通道1至N接收信号，接收N组数据，再由通道2激励，通道1至N接收信号，接收N组数据；再由通道3、4、5……N激励，每次激励，都接收N组数据，一共接收N×N组一通道发射，多通道接收数据；1.4.改变中心频率，重复步骤1.3，获得N×N组数据，在M个不同中心频率的激励信号下，获得M×N×N组数据；1.5.针对某一中心频率激励信号激励时所接收到的N×N组数据，按照发射接收通道的区别，都在其他M-1个激励信号激励时所接收到的数据中有与之相对应的数据，将这M轮不同频率的信号中，相对应的M组数据线性叠加，得到一轮N×N组数据组成的宽频信号；1.6.将N×N组数据中，每一个通道激励分别由N个通道接收的N组信号线性叠加，形成一组信号，等效为某一通道激励，所有通道接收的信号，由此得到N组单通道激励，所有通道接收的信号；1.7.将N组信号按照发射通道分类，A类中包括1、3、5、7……通道发射全部通道接收的信号，对应传感器A环；B类中包括2、4、6、8……通道发射全部通道接收信号，对应传感器B环；1.8.将A、B两类中的信号，分别线性叠加，得到两组对称信号分别编号为AD和BD；1.9.将A类信号中，空间分布以A环中心对称的通道接收到的信号相减，然后再线性叠加，得到A环对应非对称信号编号AF；同理得到B环对应非对称信号编号为BF；1.10.根据A、B两个传感器环之间的间距D，和管道中所使用模态超声波波速V，可以计算出声波从A环到B环或者从B环到A环的传播时间T＝D/V，根据采样频率fs，计算出传播时间在数据上对应的点数Ns＝T*fs；1.11.分别将步骤1.8与步骤1.9中得到的A、B两类信号AD、AF、BD、BF延迟步骤1.10中计算得到的传播时间对应的点数Ns；前面用0来补充延迟造成的空位，得到延迟后的A类对称信号，编号YAD；延迟后的A类非对称信号，编号YAF；延迟后的B类对称信号，编号YBD；延迟后的B类非对称信号，编号YBF；1.12.利用步骤1.11、步骤1.8和步骤1.9中得到的信号，将YBD与AD信号线性叠加，得到正向对称信号，编号ZxD；将YAD与BD信号线性叠加，得到负向对称信号，编号FxD；将YBF与AF信号线性叠加，得到一组正向非对称信号，编号ZxF；将YAF与BF信号线性叠加，得到一组负向非对称信号，编号FxF；1.13.将步骤1.12得到的所有数据，都使用一个中心频率和带宽可调的数字滤波器，得到对应滤波后的数据，分别编号为：LZxD、LFxD、LZxF、LFxF；1.14.将步骤1.13得到的所有数据，利用希尔伯特-黄变换，求取包络线，并将所有数据最前面接收到的激励直达信号，利用曲线进行衰减，去除激励干扰；1.15.将所有信号的横坐标时间数据t，利用公式计算，得到横坐标距离数据l；1.16.将步骤1.14中得到的所有负向数据反转，将ZxD与FxD的两个零点重合，得到从传感器向两个方向的对称信号，编号DC；将ZxF和FxF的两个零点重合，得到从传感器向两个方向的非对称信号FDC；1.17.将步骤1.16中得到的对称信号DC和非对称信号FDC，在同一个图上显示，并用不同的颜色标出，得到最终的管道检测曲线图，图中的极大值表示管道上的特征。