大容量高保真海底管道超聲檢測數(shù)據(jù)處理技術(shù)研究.pdf

1、輸油管道檢測技術(shù)是目前國際無損檢測領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，國內(nèi)在此方面的研究起步較晚。開展管道檢測相關(guān)技術(shù)和方法的研究具有重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義。超聲檢測因其所具有的特點(diǎn)一直受到相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜液蛯W(xué)者的高度重視。研制開發(fā)適合我國實(shí)際狀況的管道超聲智能檢測系統(tǒng)裝置，對我國在役油氣管道進(jìn)行全面檢測和安全評價(jià)具有重大的社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益。 在管道超聲檢測中，存在著若干理論和實(shí)際問題：超聲檢測裝置的設(shè)計(jì)，超聲檢測中的噪聲處理，超聲數(shù)據(jù)壓縮，管道壁厚

2、檢測以及管道超聲檢測數(shù)據(jù)的分析等理論與實(shí)際問題，論文依托國家海洋資源開發(fā)技術(shù)主題下資源與環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域中的一項(xiàng)國家海洋863項(xiàng)目“海底管道內(nèi)爬行器及其檢測技術(shù)”，針對海底管道的檢測要求，為研制具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的海洋輸油管道超聲智能檢測系統(tǒng)提供關(guān)鍵技術(shù)。 首先介紹了超聲測厚的原理以及海底管道超聲檢測裝置的組成。根據(jù)檢測要求，介紹了適用于海底管道超聲檢測數(shù)據(jù)采集與存儲裝置；根據(jù)項(xiàng)目工程樣機(jī)的性能指標(biāo)，通過理論分析和計(jì)算，確定了管道

3、檢測用的超聲探頭的中心頻率，晶片直徑，檢測的提離距離等重要參數(shù)，并綜合考慮管道檢測的環(huán)境因素，為合理選取超聲探頭提供了必要的依據(jù)；通過分析，提出了適用于海底管道檢測多通道超聲數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集以及大容量數(shù)據(jù)的快速存儲系統(tǒng)；總結(jié)了所設(shè)計(jì)的超聲管道檢測數(shù)據(jù)采集與存儲裝置的特點(diǎn)。 文章應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸夥椒?，對非線性非穩(wěn)態(tài)的超聲射頻信號進(jìn)行分解，得到了超聲信號的各個(gè)固有模態(tài)函數(shù)分量，根據(jù)信號分解的特點(diǎn)，提出了基于能量的分量選擇方法達(dá)到超聲信

4、號去噪的目的，通過仿真研究，驗(yàn)證了該方法具有很好的去噪效果，并且具有自適應(yīng)性，比較了能量去噪以及閾值去噪兩種方法：在此基礎(chǔ)上，提出了基于EMD-MMSE的多傳感器超聲信號處理方法，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該方法優(yōu)于算術(shù)平均融合的結(jié)果，并且具有自適應(yīng)性，更便于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)；針對海底管道超聲壁厚檢測時(shí)得到的超聲信號的特點(diǎn)，采用一種典型的非線性濾波方法中值濾波對超聲壁厚檢測信號進(jìn)行濾波，通過實(shí)驗(yàn)證明它對隨機(jī)脈沖噪聲有良好的抑制作用。 超聲陣列進(jìn)行

5、管道檢測時(shí)會得到海量的超聲數(shù)據(jù)，文章講述了幾種超聲信號壓縮的原理與方法。基于變換的超聲信號壓縮方法中，在使用提升小波變換進(jìn)行超聲信號處理達(dá)到最優(yōu)的壓縮目的時(shí)，考慮了以下幾個(gè)方面的因素，小波基的選擇，分解層數(shù)的確定，閾值的選取等幾個(gè)因素。通過實(shí)際的超聲射頻信號分析，確定了最佳的參數(shù)達(dá)到最優(yōu)的壓縮目的；根據(jù)超聲回波信號的高斯回波模型，介紹了連續(xù)小波變換以及最大似然估計(jì)的參數(shù)估計(jì)方法，在匹配追蹤算法的的匹配過程中，使用遺傳算法來估計(jì)時(shí)頻原子的

6、參數(shù)，也就是高斯回波模型函數(shù)的參數(shù)，文章使用遺傳算法實(shí)現(xiàn)匹配追蹤分解的方法，通過仿真以及實(shí)驗(yàn)可以看出，這種方法基本可以搜索到最佳匹配信號結(jié)構(gòu)的參數(shù)，并且計(jì)算時(shí)間比原匹配追蹤算法的時(shí)間有大幅的降低；文章通過幾種無損壓縮方法的比較，在考慮壓縮時(shí)間以及壓縮比的情況下，選取Huffman編碼來對管道超聲檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)壓縮。 文章分析了特殊情況下的管道缺陷測厚工藝，根據(jù)不同的檢測情況，提出了相應(yīng)的檢測處理方法，根據(jù)海底管道超聲檢測信

7、號，使用FFT方法以及自相關(guān)方法進(jìn)行海底管道壁厚檢測，能夠達(dá)到了檢測的要求，在FFT方法的基礎(chǔ)上，通過二次FFT方法提高了FFT檢測的精度；提出了一種新的特征提取方法，使用Hiibert-Huang變換提取了超聲檢測信號的時(shí)域、頻域以及時(shí)頻域特征；引入專家系統(tǒng)對管道超聲數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過推理機(jī)訪問由產(chǎn)生式規(guī)則集建立的管道缺陷知識庫，推理判斷出管道缺陷的種類以及缺陷的大小，從而達(dá)到管道缺陷識別的目的。 為了研究檢測工藝和進(jìn)行檢測工

8、藝試驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)室階段制作了一些標(biāo)準(zhǔn)缺陷的樣本來滿足試驗(yàn)的要求，建立了管道缺陷樣本庫。對超聲探頭檢測工藝進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，測量結(jié)果表明，檢測系統(tǒng)能夠檢測出課題指標(biāo)要求的缺陷并且滿足測量精度要求，缺陷定位和缺陷尺寸測量滿足工程要求。為了驗(yàn)證超聲檢測系統(tǒng)的實(shí)時(shí)檢測能力，建立了一個(gè)實(shí)驗(yàn)檢測系統(tǒng)，并進(jìn)行了管道數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)，并且進(jìn)行了實(shí)際輸油管道檢測，通過實(shí)驗(yàn)充分說明了超聲檢測裝置能夠?qū)崟r(shí)檢測以及采集數(shù)據(jù)，說明了分析軟件的有效性。 本文提出的超聲