一种无需管道材料参数的非接触管道厚度测量方法

本发明涉及一种金属厚度测量方法，尤其涉及一种无需管道材料参数的非接触管道厚度测量方法。

背景技术：

1、钢铁管道在使用过程中非常容易受到流体侵蚀导致厚度发生变化使材料的某些关键物理属性降低，从而导致发生重大安全事故，为了避免事故的产生，就需要对管道进行定期的检测和维修，通常在役管道的内部工况都比较复杂，所以想要快速且结果可靠的对管道进行筛选是非常具有挑战的。

2、在测量金属厚度的传统方法中超声波测厚大都利用超声波在金属厚度方向的传播时间与被测物体的体波速度的乘积来进行厚度测量，这种方法为了所激发的超声波能更好从传感器耦合到被测物体上，通常使用的是压缩波探头，测量的精度也高。但是缺点也很明显，即需要事先知道被测物体的体波速度。在被测物体的组成成分、合金类型无法完全确定或者因高温、应力和微观结构改变而导致超声波速度改变以及被测物体具有缺陷的情况下，传统厚度测量方法和利用导波特征量来测量管道厚度的方法的测量结果将会受到严重影响，导致出现测量结果的不稳定和精度下降的情况。

技术实现思路

1、本发明的目的是要提供一种无需管道材料参数的非接触管道厚度测量方法。

2、为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

3、本发明包括以下步骤：

4、1)将emat换能器以恒定弧长放置在管道的内表面，测得一组超声时域信号，得到内表面sh0模态导波传播弧长s所需要的时间t1；

5、再将emat换能器移动至管道外表面距离激励换能器弧长处，测得第二组超声时域信号，得到sh0模态导波在外表面传播弧长距离所需的时间t2；

6、2)在已知管道外径rb的情况下，将所得到的两组信号的时间t1、t2代入公式ra/rb＝t2/t1中得到管道内径ra,再将之带入到公式h＝rb-ra中即可得到管道的厚度。

7、在管道只有一侧可以测量时，时间t2通过如下公式计算：

8、

9、

10、

11、其中θ圆心角表示外表面s弧长所对应的圆心角，α表示管道内表面对应的角相位速度，t1表示传播距离短的sh导波中sh0模态到达a点的时间，t1'表示传播距离长的sh导波中sh0模态到达a点的时间；t2表示传播距离短的sh导波中sh0模态抵达至与外表面弧长s处同一径向方向的内表面处的时间；由于公式中s外，t1，t1'均为已知值，所以t2可以通过公式计算得出。

12、3)被测管道是在役管道的情况下，利用计算得出的t2进行emat接收换能器的b点定位(如图2b中所示)，定位公式如下：

13、

14、通过公式得出外表面弧长s时对应的圆心角θ，将换能器放置好之后，测得一组时域信号，其中表示传播距离短的sh0模态导波首次到达接收换能器的传播时间，表示传播距离长的sh0模态导波首次到达接收换能器的传播时间，读取到这两个时间之后通过公式得到sh波在管道内表面传播的角相位速度α，通过将圆心角θ、角相位速度α代入公式中即可得到sh0模态导波首次抵达b点的时间t2，如果所测管道为无缺陷管道，在管道外径为已知值的情况下，则可以通过公式ra/rb＝t2/t1，h＝rb-ra计算出管道的厚度，如果所测管道是在役管道，则将t2代入公式中进行计算s2的值，确定好s2之后再进行一次步骤2)计算，则可以计算出所测管道厚度。

15、本发明的有益效果是：

16、本发明是一种无需管道材料参数的非接触管道厚度测量方法，与现有技术相比，本发明不需要事先校准速度，且厚度测量结果受缺陷、激励频率(一定区间内)、材料参数影响非常小，同时只需要在一侧就能完成测量，不仅能够测量管道的整体厚度，而且在测量带有腐蚀缺陷的管道时，还能与腐蚀缺陷深度建立起联系。具有推广应用的价值。

技术特征：

1.一种无需管道材料参数的非接触管道厚度测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的无需管道材料参数的非接触管道厚度测量方法，其特征在于：在管道只有一侧可以测量时，时间t2通过如下公式计算：

3.根据权利要求2所述的无需管道材料参数的非接触管道厚度测量方法，其特征在于：被测管道是在役管道的情况下，利用计算得出的t2进行emat接收换能器的b点定位，定位公式如下：

技术总结
本发明公开了一种无需管道材料参数的非接触管道厚度测量方法，将EMAT换能器以恒定弧长放置在管道的内表面，测得一组超声时域信号，得到内表面模态导波传播弧长所需要的时间；将所得到的信号的时间代入所推导出的公式中计算得到管道的厚度。本发明不需要事先校准速度，且厚度测量结果受缺陷、激励频率(一定频率区间)、材料参数影响非常小，同时只需要在一侧就能完成测量，不仅能够测量管道的整体厚度，在测量带有腐蚀缺陷的管道时，还能与腐蚀缺陷深度建立起联系。

技术研发人员：张旭,张小龙,辜远航,吴樵,涂君,蔡琛
受保护的技术使用者：湖北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31