基于超聲波的地下管道探測(cè)研究

1、基于超聲波的地下管道探測(cè)研究摘 要：隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，地下管網(wǎng)密如蛛網(wǎng)，但管網(wǎng)資料殘缺不齊，檔案管理方式落后陳舊，嚴(yán)重阻礙了城市規(guī)劃、建設(shè)與管理工作。因此，城市地下管線探測(cè)越來越受到城市有關(guān)部門的高度重視，高素質(zhì)的專業(yè)管線探測(cè)隊(duì)伍和先進(jìn)的探測(cè)技術(shù)與設(shè)備缺一不可。而常規(guī) 的檢測(cè)方法有磁測(cè)法、電磁法、探地雷達(dá)法等。本文所研究 的超聲波探測(cè)是利用材料及其缺陷的聲學(xué)性能差異對(duì)超聲 波傳播波形反射情況和穿透時(shí)間的能量變化來檢驗(yàn)材料內(nèi) 部缺陷的無損檢測(cè)方法。由于超聲波探測(cè)技術(shù)與傳統(tǒng)的原位 測(cè)試方法相比，具有輕便簡潔、快速經(jīng)濟(jì)、測(cè)量精度高、易 于控制等優(yōu)點(diǎn)。因此可以在很多探測(cè)領(lǐng)域內(nèi)顯示優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞：管

2、道；超聲波檢測(cè)；無損檢測(cè)；回波信號(hào)管道作為長距離傳輸行業(yè)的五大重要運(yùn)輸手段之一，其 與人們的生活和生產(chǎn)密切相關(guān)。而一旦管道外壁長時(shí)間被腐 蝕，嚴(yán)重的話就會(huì)造成破裂，將會(huì)對(duì)自然環(huán)境、國民經(jīng)濟(jì)、 人們的人身及財(cái)產(chǎn)安全等帶來嚴(yán)重的損失。近年來，由于管 道的破裂給國民帶來的災(zāi)害事件時(shí)有發(fā)生，因此，對(duì)管道的 監(jiān)管和檢測(cè)刻不容緩。對(duì)管道的腐蝕檢測(cè)對(duì)于有效評(píng)估管道 的壽命、及時(shí)的檢測(cè)和抑制管道的泄漏、保證其正常運(yùn)行具有極其重要的意義；對(duì)管道距離的探測(cè)可以為地下工程如地 鐵的修建等提供合理的依據(jù)。對(duì)于地下管網(wǎng)的檢測(cè)，必須保證在不破壞管道的情況下， 盡可能的采用簡單實(shí)用的方法進(jìn)行檢測(cè)，否則將會(huì)失去檢測(cè) 的意義。

3、目前常規(guī)的檢測(cè)方法有磁測(cè)法、電磁法、探地雷達(dá) 法等。在地表鐵磁體干擾較少的地段，可優(yōu)先選用磁測(cè)法來查尋地下鐵質(zhì)管道或帶有鐵磁物屏蔽的電纜。但磁測(cè)法精 度不高， 且易受鐵磁體干擾，因此不能成為一種通用的探測(cè)方法。電磁法探測(cè)的工作量比較大，對(duì)探測(cè)設(shè)備的要求比 較高，成本比較高，相對(duì)比較復(fù)雜。對(duì)探地雷達(dá)法來說，雷 達(dá)儀器本身具有很強(qiáng)的抗干擾能力，但對(duì)城市電信干擾、公路上交通車輛的干擾、地層的不均勻性、繞射、多次反射 等干擾是無法抗拒和不可避免的，這些干擾都有可能使圖像變得模糊不清、變形、甚至無法辨認(rèn)。由于超聲波探測(cè)技 術(shù)與傳統(tǒng)的原位測(cè)試方法相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：指向性好， 對(duì)管道缺陷能很準(zhǔn)確的定位；檢

4、測(cè)的靈敏度高，可檢測(cè)管道 內(nèi)部尺寸很小的缺陷；是非接觸的檢測(cè)，在檢測(cè)中無需測(cè)量裝備和管道的耦合；具有較強(qiáng)的抗干擾能力； 穿透能力強(qiáng), 可測(cè)厚度大，是所有無損探傷方法中檢測(cè)厚度最大的。超聲 波檢測(cè)法除了這些優(yōu)點(diǎn)外，還可以通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲檢 測(cè)采集到的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理，可以提高檢測(cè)的自動(dòng)化程 度。超聲檢測(cè)還具有對(duì)微型裂紋敏感的特點(diǎn)，結(jié)合斷裂力學(xué)和損傷力學(xué)的知識(shí)可以對(duì)檢測(cè)的管道壽命進(jìn)行估計(jì)，便于及 時(shí)采取相應(yīng)的措施。超聲波檢測(cè)是利用材料及其缺陷的聲學(xué)性能差異對(duì)超 聲波傳播波形反射情況和穿透時(shí)間的能量變化來檢驗(yàn)材料 內(nèi)部缺陷的無損檢測(cè)方法。利用超聲波檢測(cè)技術(shù)對(duì)管道探傷, 可以對(duì)多種現(xiàn)象進(jìn)行檢測(cè)，

5、不倫是當(dāng)管道受到外力破壞等原 因造成的管道爆裂，還是因服役時(shí)間過長、土壤酸堿度變化 等因素引起的管道腐蝕，利用超聲波檢測(cè)技術(shù)均可以對(duì)這樣 的管道檢測(cè)。對(duì)地下管網(wǎng)的探測(cè)研究采用超聲波脈沖反射法。 脈沖反射法的檢測(cè)原理是：超聲波在波導(dǎo)中傳播時(shí)，波導(dǎo)的 邊界會(huì)對(duì)超聲波的傳播產(chǎn)生影響，利用這一特性，可以通過 觀察超聲波的回波信號(hào)推斷波導(dǎo)的形態(tài)，判斷是否有缺陷， 并且可以探測(cè)由缺陷的位置及其大致的大小。因此可以利用 儀器激發(fā)超聲波，將超聲波傳入管道中，觀察其回波信號(hào)， 完成對(duì)管道損傷的檢測(cè)。同時(shí)，脈沖反射法還可以對(duì)管道的 距離進(jìn)行測(cè)量。脈沖反射法有縱波探傷和橫波探傷兩種，其 中在垂直探傷時(shí)用縱波，在斜射

6、探傷時(shí)用橫波。在超聲波儀 器示波屏上，以橫坐標(biāo)表示超聲波的傳播的時(shí)間，以縱坐標(biāo) 表示回波信號(hào)的幅度。對(duì)于同一均勻介質(zhì)來說，脈沖波的傳 播時(shí)間與聲音傳播的路程成正比。因此可由缺陷回波信號(hào)的 由現(xiàn)判斷缺陷的存在；又可由回波信號(hào)由現(xiàn)的位置來確定缺 陷距探測(cè)面的距離，實(shí)現(xiàn)缺陷定位；通過回波幅度來判斷缺陷的當(dāng)量大小。探測(cè)的原理圖如圖 1 所示：研究超聲波檢測(cè)技術(shù)的原理及特點(diǎn)，對(duì)比工程檢測(cè)中對(duì)管道防腐層缺陷檢測(cè)的其他方法可得，超聲波檢測(cè)方法是最適合檢測(cè)管道防腐層破損及管道距離的檢測(cè)方法。利用超聲波檢測(cè)地下管網(wǎng)對(duì)人類的生活和生產(chǎn)具有顯著的意義。參考文獻(xiàn)1孟繁亮.管道防腐層破損原因及檢測(cè)技術(shù)探討J.化學(xué)工程與

7、裝備， 2011（ 5） ： 107-111.2耿榮生，景鵬.蓬勃發(fā)展的我國無損檢測(cè)技術(shù)J.機(jī)械工程學(xué)報(bào)， 2013 （22） ： 1-7.3種玉寶，唐文慶.埋地管道防腐層檢測(cè)J.石油化工設(shè) 備， 2013 （2） ： 57-61.4 Song YW， Udpa SS. A new morphological algorithm for fusing ultrasonic and eddy current images ， IEEE Symp Ultrason 1996 ： 649-525 Simone G ， Morabito FC ， NDT image fusion using eddy current and ultrasonic data ， Int JComput Math Electr Electron Eng 2001； 20 （3） ： 857-868 （12）6 國防科技工業(yè)無損檢測(cè)人員資格鑒定與認(rèn)證培訓(xùn)教材編審委員會(huì)編，超聲波檢測(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社， 20057 王仲生編，