本文關鍵詞：基于稀疏表示的管道缺陷超聲復合陣列成像研究

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【摘要】：管道作為石油和天然氣等能源輸送方式之一,長時間遭受腐蝕、壓力和溫度等多種環(huán)境應力的作用,極易產(chǎn)生各種類型的缺陷,從而導致泄漏事故的發(fā)生,造成環(huán)境污染、經(jīng)濟損失,甚至火災或爆炸等安全事故。因此,開展管道缺陷的檢測與成像研究對管道缺陷量化評估具有重要意義。超聲成像技術可以根據(jù)超聲回波信號中攜帶的聲場特征參量來構建管道內(nèi)部結構的聲學圖像,為管道缺陷的量化與評估提供直觀、可靠的可視化判斷依據(jù)。由于3D超聲成像技術可以顯示更加豐富和直觀的量化信息,逐漸引入到管道缺陷檢測領域中。但是,目前管道超聲3D成像技術一般通過2D平面切片圖像合成3D圖像,存在運算復雜程度高,時間效率低的不足,限制了該項技術在管道缺陷可視化檢測中的應用。論文采用超聲傳感器復合陣列結構獲取管道缺陷的超聲回波信號,并應用稀疏表示方法直接從超聲回波信號中提取缺陷的3D聲場特征參量,提高了特征參量提取的抗干擾性能,避免了從2D圖像中合成3D信息的復雜運算過程。為了提高特征參量提取的運算效率,針對稀疏表示方法分別提出了自適應Gabor原子字典構建方法和基于CSO(Chicken Swarm Optimization)的原子搜索算法。然后,將提取的缺陷3D聲場特征參量投影到由扇形體素劃分的管道空間模型中,構建了管道缺陷超聲復合陣列的3D成像模型,實現(xiàn)了管道缺陷的3D成像,為后續(xù)的缺陷量化與評估提供了參考依據(jù)。論文的具體研究內(nèi)容如下:(1)分析了管道缺陷超聲復合陣列檢測原理,根據(jù)超聲復合陣列幾何結構和聲束傳播特性,給出了缺陷空間位置求解算法。搭建了超聲復合陣列管道缺陷檢測試驗系統(tǒng)。(2)分析了信號稀疏表示的基本原理及其關鍵技術問題,并針對超聲回波信號的特性,研究了傳統(tǒng)Gabor原子字典構建方法及超聲回波信號稀疏表示的具體流程。(3)針對傳統(tǒng)Gabor原子字典規(guī)模大、運算效率低的問題,研究了自適應Gabor原子字典的構建方法。通過仿真分析和實測實驗結果分析,表明該字典具有良好的抗噪性能,能夠顯著提高稀疏表示的運算效率,其運行時間僅為傳統(tǒng)Gabor原子字典的19%左右。(4)針對遍歷式原子搜索方法復雜度高、耗時長的不足,研究了基于CSO的原子搜索算法。實驗結果表明,該方法在保持與遍歷式原子搜索方法同等計算精度的條件下,運行時間僅為后者的20%左右。(5)研究了基于稀疏表示方法的管道缺陷3D聲場特征參量提取方法,建立了管道缺陷超聲復合陣列3D成像模型。在搭建的試驗系統(tǒng)上對不同走向和大小的內(nèi)外表面裂紋和孔狀缺陷進行了3D成像實驗。成像結果表明,該方法可顯示缺陷的位置、大小等量化信息,可為缺陷的量化與評估提供直觀的判斷依據(jù)。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE973.6;TB559;TP391.41

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