吴炳烨
宁波输油处 浙江 宁波 315200
摘要：全自动超声波技术主要用于海底管道或者陆地管道对接环焊缝的检测，该技术具有高效、准确、环保的特点，应用范围越来越广泛。校准试块用于设置并校准系统的灵敏度等参数，作为全自动超声波检测系统最重要的一环，其设计的合理性决定了检测工艺的可靠性。关键词：无损检测；相控阵；探头；分区检测法；衍射时差法
引言
近年来，随着计算机技术的发展，主要是计算能力的提高和设备成本的降低，以及工业信息化进程的加快，发展迅速，全自动超声波技术广泛应用于工业生产过程中，如核电工业、海洋工程、金属冶炼等领域，在海底管道的铺设中也已经占据主导地位。自2002年我国首次在海底管道项目中引入全自动超声波检测技术，其产生了巨大的经济效益及社会效益，在我国的海底管道的建设发展中也扮演了重要的角色，本文主要针对该技术的原理、发展、及存在的问题进行了总结，并给出了建议，具有一定参考意义。
1全自动超声波技术基本原理
全自动超声技术(AUT)的基本原理与常规超声波技术相同，后者通过电压效应产生超声波运动，在这种运动中，超声波技术在传输被检查对象时产生不连续性，从同一或不同探针接收回的能量，将能量转换为显示在屏幕上的电信号，并通过分析显示在屏幕上的信号在工件中不连续。相比之下，全自动超声波技术将传统芯片分割成较小的芯片，可以分别激活这些芯片来控制探针生成的轴、聚焦位置和聚焦大小参数。当前用于环形焊缝的全自动超声波技术主要基于区域测定，即焊缝分为多个区域，包括表面区域、填充区域、热焊区域、钝区域等。必须添加体积块区域以检测体积错误，例如风道末端，根据所用的焊接方法，每个区域都必须通过AUT进行不同的设置。确保检查的稳定性、AUT校准块的设计、测试块校准过程中的材料比较、在校准块上设置标准反射器、映射上面指定的区域和通道、标准反射器的类型主要包括平板孔、槽等。测量值应根据各种测试方法进行设计和确认。
3基于多波束前视声呐的AUV水下避障系统简介
基于多波束前视声呐的AUV水下避障系统分为声呐图像中障碍物检测模块和面向自主导航的避障模块，本文分别提出并实现了两个模块的算法，并最终将两个模块结合，移植到一块PC104板上，使之成为AUV的避障板卡。首先将AUV搭载的前视声呐采集声呐数据，并将数据传送到装在AUV上的一块避障板卡上，板卡对声呐采集到的数据进行实时处理与障碍物检测，然后基于障碍物检测的结果以及AUV的避障指令系统，估算出一个合理的避障角度，并将避障航向角通过RS232协议的串口通信传送给主控，使得主控根据避障航向角控制AUV转向来避开障碍物。在实验过程中外接电脑可以通过交换机对算法进行修改。
水中气体目标综合检测
4自适应阈值多次检测
在一维波束域中，本文结合恒虚警检测器对多次检测算法进行改进，提出一种自适应阈值多测检测算法，提高了算法对复杂背景环境的适应性与稳定性。
4.1多次检测基本原理
多次检测算法包括预检测和底检测2部分[9]，预检测是在波束形成的基础上自动计算检测阈值，确定有效的目标回波区间，然后结合底检测算法对目标回波区间进行处理分析，完成对水体和海底目标的检测。底检测和预检测处理相对独立，且国内外已经进行了大量研究，本文不再赘述。图1是预检测处理示意图
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图1预检测示意图
4.2水体目标检测
由于水体环境复杂，有鳔鱼类和浮游动植物与气泡有相似的回波强度，对水中气体目标检测造成严重的干扰。本文根据多次检测结果，预先判断并提取水体目标。如图2所示，根据多次检测结果在水平方向上设置宽度为W的水平滑动窗口，然后将滑动窗口沿水平方向从左到右进行移动，每次移动距离为W/2。在每次移动中，统计滑动窗口内的测深点数目，若测深点数大于设定阈值，则认为该滑动窗口内存在水体目标，并记录该滑动窗口位置以及该窗口内的最大、最小测深值，图2中横坐标X表示水平距离，纵坐标H表示深度。
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图2水体目标检测
4.3水中气体目标图像序列检测
4.3.1数学形态学处理
在图像处理领域，利用数学形态学方法进行图像处理具有简化图像数据、保持目标的基本形态特征等优点。考虑到图像中水中气体边缘模糊，内部有细小空洞等特点，运用形态学开运算去除图像中较小的突出，使目标轮廓平滑，断开图像中的细小连接；形态学闭运算填充图像中较小的空洞，目标轮廓存在的细小断裂得以弥合。
4.3.2尺度不变特征（SIFT）向量集
Lowe提出SIFT局部特征，在不同尺度空间上查找特征点，计算出关键点的方向。查找到的关键点是一些十分突出，不会因光照，放射变换和噪声等因素而变化的点，如角点、边缘点、亮区的暗点及暗区的亮点等。CeLiu等[15]基于稠密匹配理论提出的尺度不变特征变化流，在光学图像配准和人脸识别领域已有成功的先例。SIFT描述子具有旋转、缩放和平移不变性，对入射角度、噪声和复杂环境多目标的干扰保持一定程度的鲁棒性。
4.4水池与外场实验
为了验证本文所提出方法的有效性，选用实验设备为哈尔滨工程大学研制的多波束测深声呐。声呐系统工作频率为300kHz，脉冲宽度为35μs，波束宽度为1°×1°。在哈尔滨工程大学水声技术国家重点实验室信道水池对水中气体目标综合检测算法进行验证。在水池实验中将多波束测深声呐倾斜来更好地获取水中气体目标的整体形态，实验装置布放如图3所示。
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图3信道水池实验示意
空气压缩机、气管和喷嘴等装置模拟水中气体目标实验环境，进行多波束测深声呐水中气体目标综合检测实验。实验结果如图9所示，图9为连续3帧声呐图像的检测结果以及SIFT特征流算法估计出水体目标向上的上升速度。在静水条件下，气体的上升速度方向垂直向上，伴有左右微弱振荡。
4.5气体目标速度统计分析
在外场实验中，改变气体的泄漏压力和喷嘴孔径来探究泄漏压力和喷嘴孔径对泄漏气体上升速度的影响。选取直径为0.50mm的喷嘴，泄漏压力分别采用0.15MPa、0.30MPa、0.50MPa和0.70MPa4个档位。图12(a)给出了不同泄漏压力下气体上升速度的盒形图。从统计分析结果可得知，在喷嘴孔径不变条件下，泄漏气体的上升速度随着泄漏压力的增加而增大。在0.30MPa泄漏压力条件下，喷嘴孔径分别采用0.50mm，1.00mm和2.00mm进行3组实验，统计分析结果如图12(b)所示。压力恒定时，泄漏气体上升速度随着喷嘴孔径的增大而增大。
结束语
全自动超声波技术现已成为一种重要的技术工具，用于定位管道技术，其效率和环保性在业界得到认可。但是，鉴于海底和陆地线路效率的提高，需要提高AUT检测的准确性，这意味着更详细地说明了对TAT技术的认可。采用全矩阵捕获、时差推导等技术，扩大了AUT的技术内容，不断更新基于技术的方法，今后还需要进一步讨论和总结。
参考文献
[1]吴员.海底管道无损检测技术评定中人工缺欠的制作[J].无损检测,2019,41(10):27-28+53.
[2]彭伟,尤卫宏,张俊杰,杨啸.海底石油管线焊缝全自动超声波检测与射线检测的技术比较[J].焊接技术,2017,46(04):83-86.
[3]彭伟.海底石油管线的相控阵检测技术应用[J].焊接技术,2017,46(03):83-87.
[4]曾登高.大口径油气管道环焊缝全自动相控阵超声波检测管理探析[J].石油工业技术监督,2016,32(10):30-32+35.
[5]王志坚,代福强,胡艳华,孙建文,唐涛.海底管道半自动环焊缝全自动超声波无损检测系统可靠性研究[J].金属加工(热加工),2013(02):29-32.