低频长距离超声导波Teletest操作原理

Teletest® 长距离超声波测试的操作原理和说明
1. 背景
长距离超声波用于检测管道的金属损失是一种无损检测技术（NDT）。

Teletest 是一个发射脉冲回波系统，可在一个测试点对于一个大的长距离的管道的材料进行100%的检测。

该技术开始应用于检验保温层下的石油化工厂的管网系统，现在已经被广泛的应用到其它的不可能检测的管道情况，例如埋藏管道、有套筒或抬高的管道等。

Teletest主要是扫描工具，检测的目的是对长管道的壁厚快速的进行100%的测试，找出腐蚀或冲蚀的区域，为其他NDT方法提供评价的基础，如射线、常规超声波。

该技术的管道内外部的灵敏度是相同的。

该系统完全由计算机控制、数据采集、显示和分析，见图1。

2. 操作原理
Teletest 采用低频导波技术，操作频率刚好在可听频率以上，声波从固定在管道周围的探头环发射，见图2。

这些低频（属超声波范畴）必须以适当的声波模式产生。

该频率范围不需要液体进行耦合，采用机械或气体施加到探头的背面以保证探头与管道表面接触，从而达到超声波良好的耦合。

管道环向的超声波探头均匀的间隔排列，使得声波以管道轴芯为对称传播。

这些声波可能是可视的，因为环向声波沿着管道传播，整个管道壁被声波的运动激励，管道作为波导媒体而“工作”，即导波名词来源。

导波的传播主要被声波的频率和材料的厚度控制，在遇到管道壁厚发生变化的位置，无论增加或减少，一定比例能量被反射回到探头，因此为检测不连续性提供了机理。

在这种情况下，管道的特征如环行焊缝、壁厚的增加在管道周向是对称的，因此上升的环向波峰被均匀的反射回来。

而反射的声波也是对称的，由特优良的相同的声波模式作为入射波，在有腐蚀的区域，厚度的减少将被集中，导致入射声波的散射附加到反射并发生模式转换。

因此组成的反射波模式加上模式转换组份。

模式转换声波由于不统一的声源趋于产生管道弯曲波，该信号的出现是不连续的强烈显示，如腐蚀。

Teletest 能够检测和区分对称波和弯曲波，并且能显示这两种声波。

被显示的反射作为提纯的信号，在幅度与距离的A扫描显示中，与常规的超声波显示相似，但是测量的时间基为几十米，而不是厘米。

对于导波系统，与常规的不同的主要的复杂情况是导波的分散种类，就是说大多的导波的速度随频率发生变化，这就产生了一系列的复杂问题，一个是校准A扫描的时间基以读出距离而表示时间，要求计算机程序从标定或‘分散’曲线上，对于选择测试的频率，解读出速度。

有一个分散曲线数据库，内置在Teletest 设备的软件内，数据库组合了管道的直径/壁厚。

对于A扫描，管道的环焊缝制造了主要的信号，并作为重要的标记，在显示器上被用作设置DAC曲线，以比较不正常的信号。

见下面。

3. A 扫描显示（见图3）
在A扫描的的信号被解释之前，DAC曲线被放到显示器上，随距离逐渐的率减来自管道的环焊缝的信号，制作了真实的反射器，设置DAC曲线。

根据经验，我们知道环焊缝（有正常的焊高）反射比管道的端部（即全反射）弱14dB（5的系数），此外，经验也给出了管道壁厚9%截面损失产生比环焊缝远小于12dB的信号，26dB水平线被作为评价信号的门槛。

在A扫描上，有4个DAC曲线：.
3.1. 0 d B曲线
管道端部或法兰为近全反射，在试验室的单根长管上可以证实，可以被作为设置绝对参考灵敏度，该参考一般为0dB反射。

如果显示在A扫描显示上，DAC 曲线是黑色的曲线。

3.2. -14 dB曲线
现场的环焊缝典型地提供20%（-14dB）管道端部的当量反射率，同时从焊缝到焊缝有少量的变异，该前提在实践中没有很好的把握住。

在A 扫描图上-14dB的DAC曲线是蓝色的线。

3.3. -26 d B 曲线
管道壁厚截面损失的9%与管道端部反射率的5%（-26dB）相当，在A扫描的图上，该门槛水平是绿色的线，判为异常线。

异常接近但没有超过-26dB曲线，一般被判定为小缺陷，超过-26dB曲线为中等曲线，大于-26dB线直到-14dB线为严重缺陷。

3.4. -32 dB 曲线
–32dB 曲线为有效的测试范围的决定因素，该因素使得可重复的异常有一个6dB的或更好的信噪比。

为了有效的解释测试数据以及对于小异常充当测试范围和灵敏度，知道信噪水平是必要的。

4. 报告
Teletest 的操作者为解释目的，使用A扫描显示。

对于一般的服务工作，客户得到的仅仅是由Teletest 软件生成的报告。

为在报告中记录信号，操作者简单的使用屏幕的箭头在A扫描图中选择有关的信号即可。

程序自动的测量信号的峰值，作为在-14dB DAC曲线的上或下的数值，从探头的中心线测量信号前沿距离。

如果允许，可以从测量距离的已知基点，给定一个坐标偏移，要比从探头位置测量距离更好。

Teletest 的报告也包含关于测试的信息，该信息进入程序设置的‘用户信息’页，例如管道识别号码测试位置和管径，图4 显示了报告的格式。

这些报告通常由在每个测试点采集的几个处理数据文件的一个产生，所以报告可以利用不同的测试参数的其它的处理数据文件的观察结果，例如测试频率的范围。

4.1. 缺陷分级
对于检测到的异常可定性为“小的”“中的”“严重的”，同时从理想的缺陷的反射幅度和其尺寸之间，有单一的关系，如大缺陷产生大的反射，真实缺陷的对应关系非常复杂。

因此大的缺陷好像有大的响应，反过来将不是必然的，因为缺陷的形状和取向也影响响应的幅度。

-26dB 线是报告水平线，如果信号超过该线，对应的是一个理想的9%的区域缺陷响应当量。

Teletest 是一个扫描工具，因此响应的分级为“中的”“严重的”，在对它们的解释的选择中，对该区域的检测有更多的说明。

“严重的”级别表示响应的幅度是可能的大缺陷；“小的”级别表示定义一个被观察的信号，但是没有超过报告水平线；记录这样的显示，对于某些应用，对检测到的这些小缺陷需要适当的监测，观察该区域是否随时间增长。

对于“小的”指示为练习提供了有价值的基础。

Teletest 的信号解释要求充分理解影响试验输出的因素，和其它任何高级的新的测试方法一样，都需要解释结果的丰富经验，英国PI公司提供系统操作和结果解释培训。

图1 Teletest 设备图片
图 2 12英寸直径的探头模块工具
图3 没有腐蚀的管道测试结果，仅显示焊缝的波形
图4 Teletest 报告格式。