管道缺陷电磁超声螺旋导波层析成像方法

《管道缺陷电磁超声螺旋导波层析成像方法》基于超声导波检测法开展研究，设计了用于金属管道的螺旋兰姆波电磁超声换能器结构；提出了多模态导波分离方案，形成了不同模态导波信号的走时和幅度特征提取算法；建立了基于概率性重构的缺陷定性评估方法和基于超声衍射的缺陷定量评估方法；为管道无损检测和管道结构健康监测提供了新的思路。

各类管道广泛应用于电力、石化航空航天等领域。这些管道大多处于严苛的运行环境或复杂的运行工况中,需要及时获取其结构健康状况并检测出其缺陷。本书基于超声导波检测法开展研究，设计了应用于金属管道的螺旋兰姆波电磁超声换能器结构，确立了设计原则;提出了多模态导波分离方案，形成了不同模态导波信号的走时和幅度特征提取算法;建立了基于概率性重构的缺陷定性评估方法和基于超声衍射的缺陷定量评估方法。本书可作为从事管道无损检测、管道结构健康监测、管道故障预测与健康管理等相关专业领域研究人员的参考书籍。

王哲，2012至2016年就读于重庆大学电气工程学院，获得电气工程学士学位；2016至2021年就读于清华大学电机工程与应用电子技术系，获得电气工程博士学位。在校期间，获得清华大学优秀博士论文等荣誉。

第1章绪论
1.1选题背景和意义
1.2管道电磁超声导波检测的研究现状
1.2.1电磁超声导波激发机理
1.2.2管道中的超声导波
1.3导波投影数据提取方法研究现状
1.3.1导波与缺陷的相互作用
1.3.2导波信号分析与投影数据提取
1.4管道缺陷导波成像方法研究现状
1.5本书研究内容

第2章管道螺旋兰姆波电磁超声换能器研究
2.1本章引论
2.2螺旋兰姆波电磁超声换能器结构设计
2.2.1兰姆波的基础理论
2.2.2螺旋兰姆波换能器设计
2.3管道螺旋兰姆波洛伦兹力理论模型
2.4螺旋兰姆波换能器性能仿真验证
2.5螺旋兰姆波换能器试验验证和比较分析
2.5.1平台搭建和试验验证
2.5.2与传统换能器的比较
2.6本章小结

第3章超声导波重叠信号分离和特征提取
3.1本章引论
3.2重叠信号分离识别和特征提取
3.2.1导波的频散和多模特性
3.2.2多项式Chirplet变换
3.2.3基函数的构建
3.2.4非平稳信号的瞬时频率
3.3重叠导波信号分离和特征提取步骤
3.4仿真信号试验验证
3.4.1边界反射案例
3.4.2变距离缺陷下的稳健性验证
3.5复杂反射试验验证和比较
3.5.1考虑缺陷和边界带来的重叠
3.5.2进一步比较和分析
3.6本章小结

第4章基于直射线近似的快速螺旋导波层析成像
4.1本章引论
4.2管道多螺旋角度导波直线传播模型
4.3概率性重构成像方法
4.3.1基于信号差异系数的成像模型
4.3.2概率性重构方法步骤
4.4基于概率性重构的层析成像仿真试验验证
4.4.1单缺陷案例
4.4.2双缺陷案例
4.5实际复杂缺陷试验验证
4.5.1平台搭建和成像验证
4.5.2进一步比较和分析
4.6本章小结

第5章基于超声衍射的高分辨率螺旋导波层析成像
5.1本章引论
5.2针对跨孔层析的傅里叶衍射定理
5.3压缩感知波动层析成像模型
5.3.1非均匀快速傅里叶变换
5.3.2有限投影下的层析重建
5.3.3压缩感知求解模型
5.4基于超声衍射的层析成像方法与步骤
5.5阶梯状缺陷波动层析成像仿真试验验证
5.6复杂缺陷波动层析成像试验验证
5.6.1实际复杂缺陷成像验证
5.6.2进一步比较和分析
5.7本章小结

第6章总结与展望
6.1结论
6.2进一步工作的建议

参考文献