基于超聲波的地下管道探測研究

單董娟　羅超超

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)管線探測隊伍和先進(jìn)的探測技術(shù)與設(shè)備缺一不可。而常規(guī)的檢測方法有磁測法、電磁法、探地雷達(dá)法等。本文所研究的超聲波探測是利用材料及其缺陷的聲學(xué)性能差異對超聲波傳播波形反射情況和穿透時間的能量變化來檢驗材料內(nèi)部缺陷的無損檢測方法。由于超聲波探測技術(shù)與傳統(tǒng)的原位測試方法相比，具有輕便簡潔、快速經(jīng)濟(jì)、測量精度高、易于控制等優(yōu)點。因此可以在很多探測領(lǐng)域內(nèi)顯示優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：管道；超聲波檢測；無損檢測；回波信號

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間被腐蝕，嚴(yán)重的話就會造成破裂，將會對自然環(huán)境、國民經(jīng)濟(jì)、人們的人身及財產(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)害事件時有發(fā)生，因此，對管道的監(jiān)管和檢測刻不容緩。對管道的腐蝕檢測對于有效評估管道的壽命、及時的檢測和抑制管道的泄漏、保證其正常運(yùn)行具有極其重要的意義；對管道距離的探測可以為地下工程如地鐵的修建等提供合理的依據(jù)。

對于地下管網(wǎng)的檢測，必須保證在不破壞管道的情況下，盡可能的采用簡單實用的方法進(jìn)行檢測，否則將會失去檢測的意義。目前常規(guī)的檢測方法有磁測法、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方法。電磁法探測的工作量比較大，對探測設(shè)備的要求比較高，成本比較高，相對比較復(fù)雜。對探地雷達(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)。由于超聲波探測技術(shù)與傳統(tǒng)的原位測試方法相比，具有如下優(yōu)點：指向性好，對管道缺陷能很準(zhǔn)確的定位；檢測的靈敏度高，可檢測管道內(nèi)部尺寸很小的缺陷； 是非接觸的檢測，在檢測中無需測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)，可測厚度大，是所有無損探傷方法中檢測厚度最大的。超聲波檢測法除了這些優(yōu)點外，還可以通過計算機(jī)實現(xiàn)對超聲檢測采集到的信號進(jìn)行實時的處理，可以提高檢測的自動化程度。超聲檢測還具有對微型裂紋敏感的特點，結(jié)合斷裂力學(xué)和損傷力學(xué)的知識可以對檢測的管道壽命進(jìn)行估計，便于及時采取相應(yīng)的措施。

超聲波檢測是利用材料及其缺陷的聲學(xué)性能差異對超聲波傳播波形反射情況和穿透時間的能量變化來檢驗材料內(nèi)部缺陷的無損檢測方法。利用超聲波檢測技術(shù)對管道探傷，可以對多種現(xiàn)象進(jìn)行檢測，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，利用超聲波檢測技術(shù)均可以對這樣的管道檢測。對地下管網(wǎng)的探測研究采用超聲波脈沖反射法。脈沖反射法的檢測原理是：超聲波在波導(dǎo)中傳播時，波導(dǎo)的邊界會對超聲波的傳播產(chǎn)生影響，利用這一特性，可以通過觀察超聲波的回波信號推斷波導(dǎo)的形態(tài)，判斷是否有缺陷，并且可以探測出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，完成對管道損傷的檢測。同時，脈沖反射法還可以對管道的距離進(jìn)行測量。脈沖反射法有縱波探傷和橫波探傷兩種，其中在垂直探傷時用縱波，在斜射探傷時用橫波。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間，以縱坐標(biāo)表示回波信號的幅度。對于同一均勻介質(zhì)來說，脈沖波的傳播時間與聲音傳播的路程成正比。因此可由缺陷回波信號的出現(xiàn)判斷缺陷的存在；又可由回波信號出現(xiàn)的位置來確定缺陷距探測面的距離，實現(xiàn)缺陷定位；通過回波幅度來判斷缺陷的當(dāng)量大小。探測的原理圖如圖1所示：

研究超聲波檢測技術(shù)的原理及特點，對比工程檢測中對管道防腐層缺陷檢測的其他方法可得，超聲波檢測方法是最適合檢測管道防腐層破損及管道距離的檢測方法。利用超聲波檢測地下管網(wǎng)對人類的生活和生產(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技術(shù)探討[J].化學(xué)工程與裝備，2011（5）：107-111.

[2] 耿榮生，景鵬.蓬勃發(fā)展的我國無損檢測技術(shù)[J].機(jī)械工程學(xué)報，2013（22）：1-7.

[3] 種玉寶，唐文慶.埋地管道防腐層檢測[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 1996：649-52

[5] 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)無損檢測人員資格鑒定與認(rèn)證培訓(xùn)教材編審委員會編，超聲波檢測，機(jī)械工業(yè)出版社，2005

[7]王仲生編，無損檢測診斷現(xiàn)場實用技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社2002

[8]李健.便攜式數(shù)字化超聲波檢測儀器的研究：（碩士學(xué)位論文）.西安：西安科技大學(xué).2005.4

[9]中國機(jī)械工程學(xué)會無損檢測分會.超聲波檢測.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.