CN117214298B - 一种防喷器旋转胶芯超声透射检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种防喷器旋转胶芯超声透射检测方法，包括分别在超声发射探头和超声接收探头上安装加速度传感器；分别获取超声发射探头和超声接收探头的外加加速度；根据外加加速度对加速度传感器进行校正；根据超声发射探头和超声接收探头的外加加速度确定超声发射探头和超声接收探头上两个加速度传感器的时间延时差值；根据时间延时差值并通过反馈***对超声发射探头和超声接收探头上的两个加速度传感器进行位置调整。本发明选用多个加速度传感器测得超声发射探头和超声接收探头的外加加速度，将两个探头对应位置测得的加速度值进行比较，借助反馈信号对位置进行适时调整，保证防喷器旋转胶芯超声透射检测过程信号的完整性。
Description
技术领域
本发明涉及一种防喷器旋转胶芯超声透射检测方法，属于无损检测领域。
背景技术
在井筒作业中橡胶制品作为主要密封件，目前，国内外对密封胶芯的失效原因和失效机理尚处于探索研究之中，不同公司所使用的胶芯材料和结构形状差异很大。国内对密封胶芯的研究尚处于起步阶段，在旋转控制头胶芯失效形式及机制方面投入的研究相对较少。
近些年来，随着钻探作业逐步走向深层超深层，橡胶制品大部分出现使用寿命低等问题，例如旋转防喷器胶芯在油基钻井液、地层出未知流体等特殊工况下使用寿命进一步降低，在使用前对胶芯进行缺陷检测有利于后续使用过程寿命延长。
由于橡胶材料的特殊性，在使用常规超声检测时容易因为信号衰减等问题对测量结果造成影响，采用超声透射检测能增大检测厚度，但在检测过程中容易发生两探头位置无法对齐现象，导致超声接收信号衰减、超声波束偏移、信号失真等现象。采用本方法对胶芯内部缺陷进行检测，合理调整超声信号发射频率时(推荐f≤1MHz)，能实现胶芯的厚度测量大于30mm。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明旨在提供一种防喷器旋转胶芯超声透射检测方法。
本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种防喷器旋转胶芯超声透射检测方法，包括：
步骤S1、分别在超声发射探头和超声接收探头上安装加速度传感器；
步骤S2、分别获取超声发射探头和超声接收探头的外加加速度；
步骤S3、根据外加加速度对加速度传感器进行校正；
步骤S4、根据超声发射探头和超声接收探头的外加加速度确定超声发射探头和超声接收探头上两个加速度传感器的时间延时差值；
步骤S5、根据时间延时差值并通过反馈***对超声发射探头和超声接收探头上的两个加速度传感器进行位置调整。
进一步的技术方案是，所述步骤S2中的外加加速度包括X轴外加加速度ax、Y轴外加加速度ay、Z轴外加加速度az。
进一步的技术方案是，所述步骤S2的具体过程为：
步骤S21、分别获取超声发射探头和超声接收探头上沿X、Y、Z三轴的输出模拟电压信号Voutx、Vouty、Voutz；
步骤S22、将输出模拟电压信号Voutx、Vouty、Voutz转换为对应的数字信号Doutx、Douty、Doutz；
步骤S23、再将数字信号Doutx、Douty、Doutz进行预处理得到对应的X轴外加加速度ax、Y轴外加加速度ay、Z轴外加加速度az。
进一步的技术方案是，所述步骤S3中的校正步骤为：将被校准加速度传感器和标准加速度传感器同时以不同的角度和方向在加速度范围内进行运动并利用采集装置比较数据点的差异，从而获得被校准加速度传感器的灵敏度。
进一步的技术方案是，所述步骤S4的具体过程为：
步骤S41、分别对超声发射探头和超声接收探头的外加加速度进行滤波处理；
步骤S42、通过互相关函数对两部分加速度传感器测量值进行比较，求取两个加速度传感器的时间延时差值。
进一步的技术方案是，所述步骤S41中的处理公式为：
式中：a为外加加速度；Ua为***控制量，Wa为过程噪声，Va为测量噪声；Za为实时采集加速度值。
进一步的技术方案是，所述步骤S42中互相关函数为：
式中：rMN(k)表示互相关函数，CMN(k)表示位移时的互协方差，σM、σN分别表示M(i)和N(i)的均方差，分别表示M(i)和N(i)的均值；M(i)为超声发射探头上加速度传感器测得数据；N(i)为超声接收探头上加速度传感器测得数据。
进一步的技术方案是，所述步骤S5中使用PID控制算法，根据超声发射探头上加速度传感器的目标位置与超声接收探头上加速度传感器的实际位置之间的时延误差生成控制信号，驱动控制器来调节跟随加速度传感器的位置移动，并对测量加速度信号进行实时监测，持续进行反馈。
进一步的技术方案是，所述步骤S5中具体的调整过程为：
步骤S51、将X、Y、Z三轴的时延差值进行对比，取其最大值作为首要调节的轴；若X轴的时延差值ex(t)的值最大，则将ax设为优先调节的参数，通过重复实验和调节优化寻找最合适的比例系数KP、积分系数KI、微分系数KD值，使用PID控制器的输出信号作用于超声接收传感器，控制超声接收探头在X轴上逐渐与超声发射探头趋于一致，再对比Y轴的时延差值ey(t)和Z轴的时延差值ez(t)的大小选出第二调节轴，并按照上述方法反复调节；
步骤S52、持续监控ex(t)、ey(t)、ez(t)的大小，确保其在三轴上的加速度保持一致，若在调节期间ex(t)、ey(t)、ez(t)的大小关系出现改变，则重新定义首要调节轴；根据监控到的时延差值自动调节控制信号，以降低偏差来控制超声接收探头跟随超声发射探头运动。
本发明具有以下有益效果：本发明选用多个加速度传感器测得超声发射探头和超声接收探头的外加加速度，将两个探头对应位置测得的加速度值进行比较，借助反馈信号对位置进行适时调整，保证防喷器旋转胶芯超声透射检测过程信号的完整性。
附图说明
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的一种防喷器旋转胶芯超声透射检测方法，包括以下步骤：
步骤S1、将两个加速度传感器分别安装在超声发射探头和超声接收探头的侧面，在每一个超声发射探头固定的位置都对应一个超声接收探头固定的位置；
步骤S2、分别获取超声发射探头和超声接收探头的外加加速度；
步骤S21、分别获取超声发射探头和超声接收探头上沿X、Y、Z三轴的输出模拟电压信号Voutx、Vouty、Voutz；
其中加速度传感器在受到X方向的加速度时，贴近探头一侧的单梁发生形变，其根部压敏电阻也发生变化ΔR，传感器输出电压与外加加速度关系的计算处理方法如下：
式中：为电阻值变化率，VDD为电源电压，Voutx为X轴方向等效电路的输出电压；
加速度传感器沿Y轴、Z轴方向加速度的等效电压计算处理方法同上，可得到Vouty、Voutz；
步骤S22、将输出模拟电压信号Voutx、Vouty、Voutz转换为对应的数字信号Doutx、Douty、Doutz；
步骤S23、再将数字信号Doutx、Douty、Doutz进行预处理得到对应的X轴外加加速度ax、Y轴外加加速度ay、Z轴外加加速度az；
步骤S3、根据外加加速度对加速度传感器进行校正；
将被校准加速度传感器和标准加速度传感器同时以不同的角度和方向在加速度范围内进行运动并利用采集装置比较数据点的差异，从而获得被校准加速度传感器的灵敏度；
步骤S4、根据超声发射探头和超声接收探头的外加加速度确定超声发射探头和超声接收探头上两个加速度传感器的时间延时差值；
步骤S41、分别对超声发射探头和超声接收探头的外加加速度进行滤波处理；
式中：a为外加加速度；Ua为***控制量，Wa为过程噪声，Va为测量噪声；Za为实时采集加速度值；
步骤S42、通过互相关函数对两部分加速度传感器测量值进行比较，求取两个加速度传感器的时间延时差值；
式中：rMN(k)表示互相关函数，CMN(k)表示位移时的互协方差，σM、σN分别表示M(i)和N(i)的均方差，分别表示M(i)和N(i)的均值；M(i)为超声发射探头上加速度传感器测得数据；N(i)为超声接收探头上加速度传感器测得数据；
步骤S5、使用PID控制算法，根据超声发射探头上加速度传感器的目标位置与超声接收探头上加速度传感器的实际位置之间的时延误差生成控制信号，驱动控制器来调节跟随加速度传感器的位置移动，并对测量加速度信号进行实时监测，持续进行反馈；
步骤S51、将X、Y、Z三轴的时延差值进行对比，取其最大值作为首要调节的轴；若X轴的时延差值ex(t)的值最大，则将ax设为优先调节的参数，通过重复实验和调节优化寻找最合适的比例系数KP、积分系数KI、微分系数KD值，使用PID控制器的输出信号作用于超声接收传感器，控制超声接收探头在X轴上逐渐与超声发射探头趋于一致，再对比Y轴的时延差值ey(t)和Z轴的时延差值ez(t)的大小选出第二调节轴，并按照上述方法反复调节；
步骤S52、持续监控ex(t)、ey(t)、ez(t)的大小，确保其在三轴上的加速度保持一致，若在调节期间ex(t)、ey(t)、ez(t)的大小关系出现改变，则重新定义首要调节轴；根据监控到的时延差值自动调节控制信号，以降低偏差来控制超声接收探头跟随超声发射探头运动。
以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种防喷器旋转胶芯超声透射检测方法，其特征在于，包括：
步骤S1、分别在超声发射探头和超声接收探头上安装加速度传感器；
步骤S2、分别获取超声发射探头和超声接收探头的外加加速度；
步骤S3、根据外加加速度对加速度传感器进行校正；
将被校准加速度传感器和标准加速度传感同时以不同的角度和方向在加速度范围内进行运动并利用采集装置比较数据点的差异，从而获得被校准加速度传感器的灵敏度；
步骤S4、根据超声发射探头和超声接收探头的外加加速度确定超声发射探头和超声接收探头上两个加速度传感器的时间延时差值；
步骤S41、分别对超声发射探头和超声接收探头的外加加速度进行滤波处理；
式中：a为外加加速度；Ua为***控制量，Wa为过程噪声，Va为测量噪声；Za为实时采集加速度值；
步骤S42、通过互相关函数对两部分加速度传感器测量值进行比较，求取两个加速度传感器的时间延时差值；
式中：rMN(k)表示互相关函数，CMN(k)表示位移时的互协方差，σM、σN分别表示M(i)和N(i)的均方差，分别表示M(i)和N(i)的均值；M(i)为超声发射探头上加速度传感器测得数据；N(i)为超声接收探头上加速度传感器测得数据；
步骤S5、根据时间延时差值并通过反馈***对超声发射探头和超声接收探头上的两个加速度传感器进行位置调整；
步骤S51、将X、Y、Z三轴的时延差值进行对比，取其最大值作为首要调节的轴；若X轴的时延差值ex(t)的值最大，则将ax设为优先调节的参数，通过重复实验和调节优化寻找最合适的比例系数KP、积分系数KI、微分系数KD值，使用PID控制器的输出信号作用于超声接收传感器，控制超声接收探头在X轴上逐渐与超声发射探头趋于一致，再对比Y轴的时延差值ey(t)和Z轴的时延差值ez(t)的大小选出第二调节轴，并按照上述方法反复调节；
步骤S52、持续监控ex(t)、ey(t)、ez(t)的大小，确保其在三轴上的加速度保持一致，若在调节期间ex(t)、ey(t)、ez(t)的大小关系出现改变，则重新定义首要调节轴；根据监控到的时延差值自动调节控制信号，以降低偏差来控制超声接收探头跟随超声发射探头运动。
2.根据权利要求1所述的一种防喷器旋转胶芯超声透射检测方法，其特征在于，所述步骤S2中的外加加速度包括X轴外加加速度ax、Y轴外加加速度ay、Z轴外加加速度az。
3.根据权利要求2所述的一种防喷器旋转胶芯超声透射检测方法，其特征在于，所述步骤S2的具体过程为：
步骤S21、分别获取超声发射探头和超声接收探头上沿X、Y、Z三轴的输出模拟电压信号Voutx、Vouty、Voutz；
步骤S22、将输出模拟电压信号Voutx、Vouty、Voutz转换为对应的数字信号Doutx、Douty、Doutz；
步骤S23、再将数字信号Doutx、Douty、Doutz进行预处理得到对应的X轴外加加速度ax、Y轴外加加速度ay、Z轴外加加速度az。
4.根据权利要求1所述的一种防喷器旋转胶芯超声透射检测方法，其特征在于，所述步骤S5中使用PID控制算法，根据超声发射探头上加速度传感器的目标位置与超声接收探头上加速度传感器的实际位置之间的时延误差生成控制信号，驱动控制器来调节跟随加速度传感器的位置移动，并对测量加速度信号进行实时监测，持续进行反馈。
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