导读
近日，北京工业大学无损检测团队在《Measurement》发表了题为“Long-term monitoring experiment and data analysis of complex pipeline based on magnetostrictive guided wave cloud monitoring system”的研究论文。
该研究利用团队开发的高性能磁致伸缩导波云监测系统，对复杂管道开展了为期一年的监测实验，并对长期监测数据进行了全面分析，实现了变温度环境下的缺陷扩展识别。这一研究从数据多样性&复杂性，数据质量&可靠性的角度出发，可以为石化管道的超声导波结构健康监测提供有价值的参考。
Highlights 1. 对复杂管道开展了时间跨度为期1年的导波监测实验，实现了对复杂管道多类型缺陷的连续云监测，并建立了长期监测数据库。 2. 基于大量的实验数据，研究了环境温度变化对导波信号的影响，揭示了多类型缺陷信号随温度的变化关系。 3. 发展了缺陷扩展识别算法，实现了变温环境下的缺陷扩展识别。 研究背景 磁致伸缩超声导波技术由于检测覆盖范围广、对全域损伤敏感等优势，已在工程现场中得到较为广泛的应用。国内外对于管道缺陷的导波监测已经开展了大量的研究，但多数监测时间较短，数据量较少，特别是工业应用场景中复杂管道的长期监测实验仍是空白。
研究内容 （1）复杂管道长期监测实验 利用所开发的远程控制、无线传输、自供电和低功耗的高性能磁致伸缩导波云监测系统，开展了时间跨度为期1年的导波监测实验。首次获取了在环境温度变化条件下，多类型缺陷的复杂管道上多达1951组的监测数据。 图1 磁致伸缩超声导波监测系统结构图 图2 被测管道和监控节点布置示意图 图3 长期监测结果 （2）监测系统运行分析 基于长期监测数据，分析了系统检测能力及稳定性、和温度变化对导波信号的影响，重点研究了多类型损伤信号随温度的变化关系。采用多类型缺陷信号的缺陷相干噪声比（DCR）和变异系数（CV）来评价系统的检测能力及稳定性。 结果表明，系统对焊缝和多类型缺陷的可检度高，且较为稳定。多类型缺陷回波峰-峰值与环境温度整体上呈正相关关系，随着温度升高回波信号峰-峰值会增大，但其变化规律各不相同。 图4 多类型缺陷的缺陷相干噪声比： (a)W1-W5 (b) D3，D6，D9，D14 图5 多类型缺陷的峰-峰值随温度变化关系： (a)W1-W5 (b) D3，D6，D9，D14 （3）缺陷扩展识别案例分析 发展了缺陷扩展识别算法，在重构基线信号后，利用建立的温度-信号特征映射关系，对温度诱导的导波信号相位漂移与幅值波动进行有效补偿。实现了变温度环境下复杂管道的缺陷扩展。 图6 (a) 温度补偿前后残差信号对比 (b) 温度补偿后的相对变化率信号“sR” 论文的重要合作单位包括泰安市特种设备检验研究院和北京格创精仪科技有限公司。该工作得到国家自然科学基金等项目的支持。
