管道超声内检测三维成像技术研究

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1、北京石油化工学院学报第2O卷第1期Vol_20No．1JournalofBeijingInstituteof2012年3月Mar．2012Petro—chemicalTechnology管道超声内检测三维成像技术研究盛沙戴波谢祖荣(1．北京石油化工学院信息工程学院，北京102617；2．北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室，北京100081)摘要管道缺陷成像是管道安全评价的关键技术之一。针对管道超声的三维成像问题，提出了一种简单高效的三维成像方法。该方法简化了常规的三维成像的过程，省略由二维超声图像提取表面轮廓的步骤，直接提取回波信号和空间信息，得到管道腐蚀内外壁的离散检测点的空间坐

2、标。然后应用重构管道的三维腐蚀曲面，为自动生成管道安全评价提供了数据基础。实验证明，该方法可以真实显示三维腐蚀管道缺陷，适合推广应用。关键词管道；超声检测；三维成像；可视化中图法分类号TP274．2石油管道通常埋于地下，长达数百公里，如析管道内检测腐蚀缺陷的特点，提出了一种简果发生泄漏将会破坏生态环境，造成石油损失。单实用的三维成像方法。该方法简化了常规的因此，非常有必要对管道进行定期安全评估。医学超声三维成像过程，省略由二维超声图像管道的缺陷成像技术是管道安全评估系统的一提取表面轮廓的步骤，直接提取各种回波信号个关键技术，成为近年来广泛关注的问题。吴和空间信息，得到管道腐蚀壁曲面的离散

3、数据斌等_】研究了基于导波理论的管道缺陷成像，点空间坐标。然后应用双曲线径向基插值法实现了管道不同位置的缺陷在轴向和周向的二(Multiquadric)重构管道的腐蚀曲面。实验证维定位。汪卫兵等L2实现了管道缺陷超声自动明，利用该方法可以得到管道内壁和外壁的三成像系统，得到缺陷的B扫描成像。刘松平维曲面，从而可以精确的观察到内外壁的腐蚀等口采用超声波C扫描和多维投影成像方法情况，对各种腐蚀缺陷进行精确的定位和评价。得到了焊缝区缺陷的位置、大小、分布等信息。1管道内检测三维成像方法文献E43采用漏磁法实现了管道孑L洞形缺陷的1．1管道超声内检测三维成像。叶晶等[5利用CCD探头实现管道对于

4、埋地的石油管道检测，需要一个无损内壁缺陷的三维成像显示。施克仁等L6基于二检测设备进入管道内部完成管道壁腐蚀缺陷的维阵列的相控阵超声三维成像技术的研究，实检测，因此称为管道内检测[8]。超声波检测法现了相控阵超声三维体的扫查和显示。超声波由于可以直接测量管线内缺陷的位置和尺寸并三维成像表现出传统二维图像无可比拟的优越描绘出实际的腐蚀形貌，具有很高的精度，成为性，而综观当前的研究，对于超声波的三维成像管道内检测的重要方法_1。如图1所示，超声方法只有文献E6]中实现了基于相控阵的方式，内检测器通常由探头架、控制器舱、计算机舱、此种方式由于实时性和探头角度的条件要求不电池舱多个舱体组成。它在

5、管道内独立运行扫易满足，目前未见用于管道内检测器中。描检测管壁腐蚀情况，并将检测数据压缩存储，笔者根据管道内检测工程应用中的超声波待检测完成后，将数据取出进行缺陷的成像和反射法，借鉴医学超声三维成像原理_7]，通过分分析。1．2腐蚀缺陷三维成像方法收稿日期：2011-09—26三维超声成像的概念最初由Baun提出，2北京石油化工学院学报2012年第20卷外壁回波返回时间，V为超声在管道中传播的速度，Ri。为探头检测得到的管道内径，R。为探头检测得到的管道外径，PL为探头环的半径。图1超声波管道内检测器探头环虽然有皮碗支撑在平面上没有位移，但是在油压的推动过程中，会跟随检测器发他在采集一系

6、列平行的人体器官二维超声截面生微小的旋转运动，如图4所示。数据采集系的基础上，用叠加的方式得到了器官的三维图统会在探头每次扫描时，采集由编码器测量的像]。在医学中，当用超声波进行三维成像时，旋转角度和由里程轮测量的前进的距离信息由于人体内部器官的复杂性和不规则性，必需L。这样利用前面计算的R⋯和R。·与先产生二维超声图像，再利用表面轮廓提取技探头问的夹角a，就可以得到管道内外壁上离术重建三维图像。而管道检测由于其外形固散点的空间坐标。定、有规则，且管道腐蚀回波主要由一次界面波和底波组成，易于分析处理，因此可以简化中间二维成像的步骤。如图2所示，探头垂直管壁表面发射超声波，遇到管道内壁，产

7、生一次界面反射波A，而另一部分射入管壁，遇到外壁再反管道射回来，成为底面回波B。超声波探头距管道图3管道截面图内壁的距离被设定为标称距离。超声波遇到管道内壁和外壁反射波回来所用的时间差可以用l来计算管道的壁厚，从而探测到管道缺陷，并利-用相关的信息区分管道内表面、管道外表面、管，1／，，，／壁中间的缺陷。／lr_1一I，：lx，j、，，J／＼、／、一／／＼＼、一～一／图4探头环的旋转图L墨．J外壁上的顶点坐标：——————、—：／L