基于FPGA的超声波管道测厚方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113983976A(43)申请公布日2022.01.28(21)申请号202111606770.7(22)申请日2021.12.27(71)申请人北京瑞祥宏远科技有限公司地址102200北京市昌平区沙河镇能源东路1号院1号楼3层311(72)发明人刘明刘志皓(51)Int.Cl.G01B17/02(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称基于FPGA的超声波管道测厚方法(57)摘要本发明提供了一种基于FPGA的超声波管道测厚方法，能够实现管壁厚度的高精度测量。本发明通过FPGA对超声波回波信号的数字采样信号进行计算，得到所述超声波在被测管道中的飞行时间；其中，选取除第一回波外的包含两个回波的区间作为计算区域；通过选择震荡波少的正幅值部分或负幅值部分，可以更好的查找到有效回波；从选择部分的第一个回波中寻找幅度绝对值最大的点，在仪器的动态范围内，能准确的获取回波信号的最高值；将样本波形与多段待匹配波形分别做互相关运算，准确找到二次回波，然后通过寻找幅度绝对值最大的点得到目标点，能够避免波形畸变可能引起的误差，保证获取到准确的飞行时间，提高测量精度。CN113983976ACN113983976A权利要求书1/1页1.一种基于FPGA的超声波管道测厚方法，将收发一体的超声波探头贴在被测管道外壁上；向被测管道发射脉冲超声波信号；接收被测管道反射回的回波信号；对接收到的回波信号进行数字采样，得到数字采样信号；对所述数字采样信号进行计算，得到超声波在被测管道中的飞行时间T；将超声波在管壁材料中的传播声速乘以T/2得到被测管道壁厚；其特征在于，通过FPGA对所述数字采样信号进行计算，得到超声波在被测管道中的飞行时间，包括如下步骤：从所述数字采样信号中，选取除第一回波外的一段连续区间作为计算区域，所述计算区域包括两个回波；在计算区域中进行如下计算：针对计算区域中回波的正幅值部分或负幅值部分，选择震荡波少的一部分，从该部分的第一个回波中寻找幅度绝对值最大的点，以该点为中心，左右各取0.6‑0.8个周期，得到样本波形及样本波形中的采样点总数N，所述周期为发射的脉冲超声波信号的周期；从样本波形之后的波形中依次选择N个点，直至计算区域最后N个点，得到多段待匹配波形，其中，第一段待匹配波形的起始点为样本波形末尾时刻，后续段待匹配波形的起始点均为各自前一段待匹配波形的起始点后移一个点；将样本波形与多段待匹配波形分别做互相关运算，找到相关值最大的一段待匹配波形，将该段待匹配波形中幅度绝对值最大的点作为目标点，得到样本波形的中心点和目标点之间的采样点数M；所述超声波在被测管道中的飞行时间T为：T=(M+1)/F，其中F为所述数字采样的采样频率。2.如权利要求1所述的测厚方法，其特征在于，FPGA接收到数字采样信号后，先对数字采样信号进行16倍插值，再对插值后的信号进行后续计算。3.如权利要求1或2所述的测厚方法，其特征在于，超声波在管壁材料中的传播声速为：f(x)=px+q，其中x代表当前温度值；f(x)代表当前传播声速值；系数p和q为常数值,通过超声波测量厚度值与温度值之间关系获得。4.如权利要求3所述的测厚方法，其特征在于，超声波测量厚度值与温度值之间关系通过实验获得，所述实验包括如下步骤：先通过水中加冰调配冰水混合物，将温度降到0℃，将不同厚度的试块分别放入到冰水混合物中，然后通过电阻加热棒、温度热电偶以及磁力搅拌来实现升温加热，每升0.3℃采集一次温度与厚度数据并记录；其中，采用温度传感器进行温度采集，温度传感器量程为‑55到125℃，温度的测量精度为±0.1℃；所述超声波测厚设备的超声探头采用频率为5MHz的单晶直探头，探头通过夹具固定在试块上。5.如权利要求4所述的测厚方法，其特征在于，所述试块的材质是碳钢，厚度尺寸包括10mm、20mm和40mm。2CN113983976A说明书1/4页基于FPGA的超声波管道测厚方法技术领域[0001]本发明涉及超声波测厚技术领域，具体涉及一种基于FPGA的超声波管道测厚方法。背景技术[0002]在石油化工行业，油气输送管道腐蚀一直是最受关注的安全风险之一，管道因腐蚀而产生破损，具有一定的危险性，轻则产生油气泄漏而污染环境，重则产生爆炸而危害人们的生命财产安全，因此需要对易腐蚀部位进行定期的检测，根据管壁厚度的变化程度，判定油气输送管道的腐蚀程度。早期是由平台或设备巡检人员采用手持离线超声测厚仪，定期、定点获取管道的壁厚值，计算出管道的腐蚀速率，但是这种方式的测量非常不方便，并且有时部分管线人员难以及时到达。因此非人工接触的管道实时在线测厚技术置一直是国内外的关注的重点。[0003]近年来，在针对管道腐蚀问