一种基于水浸超声的小径管内径自动测量方法与流程

本发明涉及小径管内径检测，尤其涉及一种基于水浸超声的小径管内径自动测量方法。

背景技术：

1、随着工业技术的不断发展，小径管在各个领域的应用越来越广泛。为了准确评估小径管的性能和使用情况，对其内径值进行精确测量和统计分析显得尤为重要，是判断其是否产生肿胀变形至关重要的方式，尤其在核电领域，这不仅关系到产品的质量，更是关系到在役设备的安全运行。传统的管道内径测量方法，如使用千分尺、卡尺或位移传感器等接触式测量工具，虽然在一定程度上能够实现内径的测量，但这些方法不仅测量速度和效率都相对较低，还因为是接触式测量，对于较长管道的全管内径测量有可能对管道内壁造成划伤，降低其使用寿命。

2、随着科技的不断发展，非接触式的测量方法逐渐受到了研究者的关注。特别是自动超声检测技术的进步，使得水浸超声测量方法开始应用于管道尺寸的测量。这种非接触式的测量方法提高了测量的速度和效率，同时避免了传统接触式测量可能带来的划伤问题，并实现了自动化操作。然而，尽管水浸超声测量方法具有上述优点，但温度变化引起的水声速变化以及探头旋转工作时可能存在的偏心使直径测量的精准度仍然存在一定的局限性，如何提高其测量精度是当前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于水浸超声的小径管内径自动测量方法，提高了小径管内径的测量精度和测量效率。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于水浸超声的小径管内径自动测量方法，在旋转装置上安装水声速测量探头组件和两个180°相对布置的高频超声探头，高频超声探头向小径管内壁发射超声波束并接收反射回的超声波束，旋转装置实时采集信号，通过获取数据中各相位角相对准确的回波位置对接收到的回波信号提取出管道内径信息；采用水声速测量探头组件，根据其固定距离的反射靶回波信号时间值，实时监测并修正水声速的变化。

4、在一些实施例中，测量方法具体包括：

5、步骤1：将第一高频超声探头和第二高频超声探头安装在旋转装置上，并保持声束方向在管道内呈180°直线布置；

6、步骤2：将第一高频超声探头和第二高频超声探头连接至超声仪，使探头发射超声波束并接收反射回的超声波束，旋转装置带动探头在待测量内径的小径管中做高速螺旋运动，每n°采样一次；

7、步骤3：采集超声数据，第一高频超声探头和第二高频超声探头发射的超声波在水/钢界面处形成反射信号，反射回探头并被探头接收，根据声波传播时间，计算出水/钢界面波距离s1和s2；

8、步骤4：通过反射回波信号，获取每一圆周数据信号中各相位角相对准确的回波位置；

9、步骤5：计算离散点的圆心位置；

10、步骤6：在旋转装置上布置水声速测量探头组件，对测量距离进行修正；

11、步骤7：计算螺旋截面内的直径数据值；

12、步骤8：计算每个轴向采样点处的内径最大值、内径最小值和内径平均值。

13、在一些实施例中，第一高频超声探头和第二高频超声探头为高频水浸直探头。

14、在一些实施例中，第一高频超声探头和第二高频超声探头频率均为10mhz，或频率均为10mhz以上。

15、在一些实施例中，步骤3中，s1和s2的计算公式如下：

16、s1＝v水×t1/2

17、s2＝v水×t2/2

18、式中，v水为超声波在水中声速；t1为第一高频超声探头接收到的界面回波信号的传播时间；t2为第二高频超声探头接收到的界面回波信号的传播时间。

19、在一些实施例中，步骤4中，获取正向或者负向峰值位置[xn，an]以及相邻的[xn-1，an-1]、[xn+1，an+1]的数据坐标，以对称插值的方式获取真实峰值位置posx：

20、

21、式中，δx为采样间隔，即为xn-xn-1或者xn+1-xn；an为第n点的幅值，an+1为第n+1点的幅值。

22、在一些实施例中，步骤5中，利用任意3点坐标(x1,y1)、(x2,y2)和(x3,y3)计算圆心位置：

23、a＝x1(y2-y3)-y1(x2-x3)+x2y3-x3y2

24、b＝(x12+y12)(y3-y2)+(x22+y22)(y1-y3)+(x32+y32)(y2-y1)

25、c＝(x12+y12)(x2-x3)+(x22+y22)(x3-x1)+(x32+y32)(x1-x2)

26、x＝-b/2a

27、y＝-c/2a

28、a、b、c是计算时的中间量，无实际含义，(x,y)是圆心坐标。

29、在一些实施例中，步骤6中，修正公式为：

30、s修＝s0*t1/t0

31、式中，s修为进行水声速修正后的距离值；s0为探头以名义声速计算所得的距离值；t0为水声速测量探头组件初始标定状态下的回波位置；t1为水声速测量探头组件需要修正的回波位置。

32、在一些实施例中，步骤7中，螺旋截面内每个采样位置处直径公式如下：

33、d＝h+s修1+s修2

34、式中，d为实时的内径值；h为第一高频超声探头和第二高频超声探头恒定距离值；s修1为实时的第一高频超声探头进行水声速修正后的距离值；s修2为实时的第二高频超声探头进行水声速修正后的距离值。

35、在一些实施例中，步骤8中，内径最大值计算公式如下：

36、dmax＝max(di)；

37、内径最小值计算公式如下：

38、dmin＝min(di)；

39、内径平均值计算公式如下：

40、davg＝σdi/n；

41、式中，di为每个采样点的内径值；n为采样点的数量。

42、与现有技术相比，本发明提供的基于水浸超声的小径管内径自动测量方法具有以下有益效果：

43、本发明采用非接触式水浸超声测量技术，成功规避了传统测量方法对管道内壁可能造成的划伤风险，从而确保了管道的安全性和长期稳定运行。

44、进一步地，本发明通过引入优化的信号处理算法，显著提升了内径测量的精度，使得测量结果更加准确可靠。

45、此外，本发明还配备了水声速修正组件，能够实时追踪并修正声速的细微变化，从而进一步提升了测量的精准度。

46、在测量性能方面，本发明实现了内径测量精度可达0.01mm，确保了测量数据的精确性。同时，内径测量结果通过自动计算得出，并进行数据统计得出内径最大值、最小值以及平均值，以图形化展示，实现了全面而细致的管道内径变化规律分析。这一功能的实现，不仅提升了测量的全面性和准确性，也为后续的数据分析和决策提供了有力支持。

47、此外，本发明还实现了测量过程的远程自动化，以及数据分析处理的自动化，大大提高了测量效率，同时也降低了因人为操作不当导致的测量误差。