发明内容

为解决现有技术的不足，实现对管道结构进行高灵敏度、快速、准确地主动检测的目的，本发明采用如下的技术方案：

一种模块化阵元压电陶瓷超声导波检测装置，包括一组阵元模块和紧固组件，所述阵元模块包括壳体、信号线束，以及一对伸缩方向与管道轴向一致的压电陶瓷，所述压电陶瓷包括激励传感器、接收传感器，激励传感器和接收传感器嵌入壳体底面，并分别连接信号线束，从而隔绝外部环境的影响，保证设备和信号的可靠性、稳定性，阵元模块周向均匀布置在管道外壁上，并由紧固组件串连拼接。可以通过调整阵元模块的数量及布置间距，产生所需要激发的不同模态的超声导波，以及对超声导波聚焦的不同需求。

模块化可选阵元很大程度上提高了针对不同管径安装的灵活性，适用于不同直径的管道。该检测装置基于相控阵列元聚焦技术以及可以一次性覆盖整个导波结构的超声导波检测技术相结合，实现导波能量聚焦在管道周向任意位置聚焦，可对管道结构进行高灵敏度、快速、准确地主动检测。

进一步的，一组所述阵元模块中包括设有紧固棘轮转轮的零号模块，紧固组件一端与零号模块连接，包覆阵元模块后，另一端与紧固棘轮转轮配合设置，通过旋转紧固棘轮转轮涨紧紧固组件，使每个阵元模块都能紧密贴合在管道外壁上，保证检测装置稳定性，防止松动。

进一步的，所述紧固组件包括柔性有机材料织物和柔性齿条，通过柔性有机材料织物围绕并包裹阵元模块，使阵元模块紧贴管道，柔性齿条与紧固棘轮转轮配合设置，通过旋转紧固棘轮转轮涨紧紧固组件。

进一步的，所述阵元模块上部设有安装吊耳，用于穿插紧固组件，方便紧固组件的安装及安装后各阵元模块位置的固定，防止在管道轴向上的位移。

进一步的，所述信号线束包括激励信号线束和接收信号线束，通过有屏蔽层的线缆引出，分别与信号传感与信号处理系统连接。

进一步的，所述阵元模块与管道外壁之间涂敷超声波耦合剂，激励传感器与接收传感器通过超声波耦合剂与管道外壁接触，保证能量转换的效率最大化。

一种模块化阵元压电陶瓷超声导波检测方法，采用一组周向均匀布置在管道外壁上的阵元模块，所述阵元模块包括一对伸缩方向与管道轴向一致的压电陶瓷，分别为激励传感器、接收传感器，检测方法包括如下步骤：

S1，根据计算待检测管道的导波频散特性，选取导波激发参数；

S2，一次信号激发，信号传感与信号处理系统对一组阵元模块进行第一次信号输入，由激励传感器激发的超声导波，沿管道扫查；

S3，一次信号采集，当超声导波遇到缺陷时产生反射回波，接收传感器采集由一次信号激发产生的超声导波回波，并将数据传入信号传感与信号处理系统；

S4，一次信号时反处理，信号传感与信号处理系统对获取的一次反射信号采用变分模态分解的方法进行滤波，并对滤波后的信号进行时间反转处理；

S5，二次信号激发，将一次信号时反处理后的信号，重新加载在该组阵元模块上，进行导波聚焦；

S6，二次信号采集，接收传感器采集由二次信号激发产生的超声导波回波，并将数据传入信号传感与信号处理系统，完成管道的缺陷检测或者结构健康监测。

进一步的，所述步骤S1的具体内容，根据待测管道的几何尺寸，材料力学参数，计算导波L模态的频散曲线，选取导波激发参数。

进一步的，所述步骤S2中信号传感与信号处理系统控制多通道信号发生器所有通道产生一定频率的一致信号，经过多通道功率放大器进行放大后施加到激励传感器上，激励出第一次L模态非聚焦的超声导波，激励出的超声导波沿着管道轴向传播；所述步骤S4中，信号传感与信号处理系统对信号施加时间反转窗，将滤波后的信号截取等同于一次激励信号时长的缺陷波包，对其施加时间反转窗，并对每一通道信号幅值归一化。

进一步的，所述步骤S5的导播聚焦，是将时间反转处理后的信号加载至一次信号采集的对应通道，得益波导介质的互易性，时延信号在每个通道分别激发，导波能量在缺陷处聚焦。

本发明的优势和有益效果在于：

本发明的装置通过可调节的阵元模块和紧固组件涨紧的方法，降低了安装难度，提高了检测装置针对不同管道直径适用性，能够针对现场检测环境以及要求做出灵活调整，客制化能力大大提高；可产生多通道激励的导波信号，在管道周向上任意位置能够实现导波能量的聚焦，提高了管道检测中微小结构损伤实验的检测效率，获取更多的缺陷回波信息。

利用本发明信号处理识别方法，能够准确地对回波信号进行识别判断，灵敏度高、响应快、操作简便、价格低廉。