管道缺陷電磁超聲螺旋導波層析成像方法

《管道缺陷電磁超聲螺旋導波層析成像方法》是 2023年10月1日清華大學出版社出版的圖書，作者：王哲。

基本介紹

• 中文名：管道缺陷電磁超聲螺旋導波層析成像方法
• 作者：王哲
• 出版時間：2023年10月1日
• 出版社：清華大學出版社
• ISBN：9787302636847
• 定價：79 元
• 印次：1-1
• 印刷日期：2023.09.11

內容簡介

為在管道中激發出螺旋導波，《管道缺陷電磁超聲螺旋導波層析成像方法》提出了一種檢測金屬管道缺陷用螺旋Lamb波電磁超聲換能器結構，確立了它的設計原則，闡述了它的工作原理，定義了聲場分析用圓周角度分布圖。 為辨識並分離時域重疊的多模態導波信號，提出了一種基於多項式Chirplet變換的多模態導波分離方案，形成了不同模態導波信號的走時和幅度特徵提取算法。 為定性評估管道缺陷的嚴重程度，提出了一種快速多螺旋Lamb波層析成像方法。具體地，基於對導波的直射線近似，建立了螺旋Lamb波缺陷檢測機率性重構方法。 為定量評估管道缺陷的深度和輪廓，提出了一種基於超聲衍射的高解析度層析成像方法。具體建立了跨孔層析傅立葉衍射定理，提出了有限投影下的壓縮感知層析成像模型。

圖書目錄

目錄

第1章緒論

1.1選題背景和意義

1.2管道電磁超聲導波檢測的研究現狀

1.2.1電磁超聲導波激發機理

1.2.2管道中的超聲導波

1.3導波投影數據提取方法研究現狀

1.3.1導波與缺陷的相互作用

1.3.2導波信號分析與投影數據提取

1.4管道缺陷導波成像方法研究現狀

1.5本書研究內容

第2章管道螺旋蘭姆波電磁超聲換能器研究

2.1本章引論

2.2螺旋蘭姆波電磁超聲換能器結構設計

2.2.1蘭姆波的基礎理論

2.2.2螺旋蘭姆波換能器設計

2.3管道螺旋蘭姆波洛倫茲力理論模型

2.4螺旋蘭姆波換能器性能仿真驗證

2.5螺旋蘭姆波換能器試驗驗證和比較分析

2.5.1平台搭建和試驗驗證

2.5.2與傳統換能器的比較

2.6本章小結

第3章超聲導波重疊信號分離和特徵提取

3.1本章引論

3.2重疊信號分離識別和特徵提取

3.2.1導波的頻散和多模特性

3.2.2多項式Chirplet變換

3.2.3基函式的構建

3.2.4非平穩信號的瞬時頻率

3.3重疊導波信號分離和特徵提取步驟

3.4仿真信號試驗驗證

3.4.1邊界反射案例

3.4.2變距離缺陷下的穩健性驗證

3.5複雜反射試驗驗證和比較

3.5.1考慮缺陷和邊界帶來的重疊

3.5.2進一步比較和分析

3.6本章小結

第4章基於直射線近似的快速螺旋導波層析成像

4.1本章引論

4.2管道多螺旋角度導波直線傳播模型

4.3機率性重構成像方法

4.3.1基於信號差異係數的成像模型

4.3.2機率性重構方法步驟

4.4基於機率性重構的層析成像仿真試驗驗證

4.4.1單缺陷案例

4.4.2雙缺陷案例

4.5實際複雜缺陷試驗驗證

4.5.1平台搭建和成像驗證

4.5.2進一步比較和分析

4.6本章小結

第5章基於超聲衍射的高解析度螺旋導波層析成像

5.1本章引論

5.2針對跨孔層析的傅立葉衍射定理

5.3壓縮感知波動層析成像模型

5.3.1非均勻快速傅立葉變換

5.3.2有限投影下的層析重建

5.3.3壓縮感知求解模型

5.4基於超聲衍射的層析成像方法與步驟

5.5階梯狀缺陷波動層析成像仿真試驗驗證

5.6複雜缺陷波動層析成像試驗驗證

5.6.1實際複雜缺陷成像驗證

5.6.2進一步比較和分析

5.7本章小結

第6章總結與展望

6.1結論

6.2進一步工作的建議

參考文獻

CONTENTS

Chapter 1Introduction1

1.1Background and Significance of Topic Selection1

1.2Research Status of Electromagnetic Ultrasonic Guided Wave Inspection of Pipelines3

1.2.1Electromagnetic Ultrasonic Guided Wave Excitation Mechanism3

1.2.2Ultrasonic Guided Waves in Pipelines4

1.3Research Status of Guided Wave Projection Data Extraction Method6

1.3.1Interaction of Guided Waves with Defects6

1.3.2Guided Wave Signal Analysis and Projection Data Extraction8

1.4Research Status of Guided Wave Imaging Methods for Pipeline Defects10

1.5Research Content13

Chapter 2Research on Pipeline Helical Lamb Wave Electromagnetic Ultrasonic Transducers16

2.1Introduction to this Chapter16

2.2Structural Design of Helical Lamb Wave Electromagnetic Ultrasonic Transducer17

2.2.1The Basic Theory of Lamb Wave17

2.2.2Design of Helical Lamb Wave Transducer20

2.3Theoretical Model of the Lorentz Force for the Pipeline Helical Lamb Wave23

2.4Simulation and Verification of the Performance of the Helical Lamb Wave Transducer25

2.5Experimental Verification and Comparative Analysis of Helical Lamb Wave Transducers29

2.5.1Platform Construction and Verification29

2.5.2Comparison with Traditional Transducers32

2.6Chapter Summary36

Chapter 3Ultrasonic Guided Wave Overlapping Signal Separation and Feature Extraction38

3.1Introduction to this Chapter38

3.2Overlapping Signal Separation Identification and Feature Extraction39

3.2.1Dispersion and Multimode Characteristics of Guided Waves39

3.2.2Polynomial Chirplet Transform40

3.2.3Construction of Basis Functions43

3.2.4Instantaneous Frequencies of Non-Stationary Signals45

3.3Overlapping Guided Wave Signal Separation and Feature Extraction Steps46

3.4Verification with Simulation Signal48

3.4.1Boundary Reflection Case49

3.4.2Robustness Verification under Defects with Variable Distance51

3.5Verification and Comparison under Complex Reflection55

3.5.1Considering Overlap from Defects and Boundaries55

3.5.2Further Comparison and Analysis59

3.6Chapter Summary62

Chapter 4Fast Helical Guided Wave Tomography Based on Staight Ray Approximation63

4.1Introduction to this Chapter63

4.2Pipeline MultiHelical Guided Wave Propagation Model64

4.3Probabilistic Reconstruction Imaging Methods66

4.3.1Imaging Models Based on Signal Difference Coefficient66

4.3.2Probabilistic Reconstruction Method Steps69

4.4Verification for Tomography Based on Probabilistic Reconstruction with Simulation Signal70

4.4.1The Single Defect Case70

4.4.2The Double Defect Case74

4.5Verification with Real Complex Defect75

4.5.1Platform Construction and Imaging Verification75

4.5.2Further Comparison and Analysis77

4.6Chapter Summary80

Chapter 5Ultrasonic DiffractionBased HighResolution Helical Guided Wave Tomography81

5.1Introduction to this Chapter81

5.2The Fourier Diffraction Theorem for Cross-hole Tomography82

5.3The Compressed Sensing Tomography87

5.3.1Non-uniform Fast Fourier Transform88

5.3.2Tomographic Reconstruction under Finite Projection91

5.3.3Solution Based on Compressed Sensing94

5.4Procedures of Ultrasound Diffraction-Based Tomography95

5.5Verification with Simulated Staircase Defect for Tomography97

5.6Verification of Tomography with Complex Defect103

5.6.1Verification with Real Complex Defect103

5.6.2Further Comparison and Analysis105

5.7Chapter Summary108

Chapter 6Conclusions and Future Recommendations109

6.1Conclusion109

6.2Recommendations for Further Work111

References112