随着工业的飞速发展，压力管道的应用愈发广泛，而作为管道失效主要缺陷之一的腐蚀缺陷，早已成为了管道检测的主要目标。当下管道腐蚀缺陷的主要检测手段有导波检测、漏磁检测、脉冲涡流检测、超声检测、射线检测以及涡流检测等。
超声导波检测以探头环位置发射低频导波，使其沿管线向远处传播，甚至在保温层下传播，该方法一次就能进行一定范围内 100% 覆盖的长距离管壁检测，并以此评价管道的腐蚀状况。超声导波检测存在以下优势：①导波的检测范围是 “线”而非“点”，一次检测范围可达几十米至上百米；②导波声场遍布整个管道，无论是对表面缺陷还是对内部缺陷都具有一定的识别精度；③导波的激发和接收全部在管道外壁进行，不需要停止输送作业；④对油气管道进行检测时，只需要在管道的一个位置进行测试，便可对整个管道进行检测，对于埋地管道减少了大面积开挖，对于含外敷层管道也只需要去除检测部位的外敷层即可。
1. 超声导波检测原理
当超声波在弹性介质中传播时，由于边界弹性表面的存在，超声波会在边界表面上发生反射、折射、透射等现象，并伴随着复杂的模态转换，产生干涉，应力波只能在边界表面之间传播，当导波遇到腐蚀异常点和焊缝结构时会产生反射波由探头再次接收的现象（见图 1），同时不同管道条件也会对导波检测距离产生较大影响（见表 1）。
超声波是一种机械波，因此超声波的激励和接收本质上是机械振动的产生及探测。当前市场中常用的超声导波激励和接收方式分为压电式、磁致伸缩式、电磁式和脉冲激光式。导波模态作为导波应用中的重要指标，可以帮助我们预测所激发导波的传播特点。导波波形模态如图2所示，根据导波的传播特征，将轴对称纵向模态称为 L模态，其中 L(0,2)模态在一定频率范围内几乎不发生频散现象，而且对管道内外壁缺陷都有相似的检测灵敏度，因此为压电探头管道检测的主要检测模态。但由于混响干扰，一般不用于高压和低黏度液体管道。将轴对称扭转模态称为T模态，其中 T(0,1)模态对轴向缺陷比较敏感，而且只需在管道端部施加对称的切向应力或位移即可，但对于轴向管道支架和焊缝将产生较大的噪声。将纵向非轴对称模态和高阶扭转模态成为 F模态，即弯曲模态。虽然导波检测中激发模态都为单一的对称模态，但遇到缺陷时会产生许多伴生模态，这些伴生模态中会夹杂着对应频率的弯曲模态，而弯曲模态可用于确定缺陷的周向位置。
2. Sonyks导波检测仪器
自 Teletest推出第一代长距导波检测仪 器 Focus已经 25年了，长距导波技术主要用于长输管道及埋地管道的腐蚀和裂纹。2017年 Eddyfi收购 Teletest后，经大量资金投入和技术研发，推出了新一代导波检测仪——Sonyks，这是一款新时代的导波检测仪器，相比上一代具有更优秀的性能和更好的用户体验。
新款的导波检测仪 Sonyks兼容磁致伸缩和压电晶片两种探头环，搭配了便携式的一体机以及全新的软件平台（见图 3）。Sonyks为数据高质量、功能全面性、易用性和快速安装设立了新标准；结合宽频带技术和全矩阵数据捕获（FMC）技术，可高效地采集完整数据；良好的信号质量、可靠性，操作简便和快速准确的报告能力将极大地增强用户体验。
Sonyks 可发现更小的缺陷，并实现更大的范围的检测。无论是检测高衰减材料管道、埋地管道、还是常见的地上长距离甚至中短距离管道，使用磁致伸缩与压电晶片探头的组合都能应付地游刃有余。拥有高信噪比的磁致伸缩探头可适应直径为 1.5英寸至 8英寸的管道。对于直径为 6英寸至 72英寸的管道，可以采用压电晶片探头，全新设计的探头环更轻、更灵活，易于安装、携带和运输。Sonyks与大多数市面上的压电导波设备兼容，可以支持用户现有的探头环，从而降低一次性投入成本，且享受主机带来的全面技术革新。
3. 检测优势
3.1 全带宽数据采集
在传统导波检测中，导波检测主要在几个离散的窄带频率下进行（见图 4），同时在接收端也只采集超声波阵列的带宽上窄带进行分析，以便检测人员获得有关结构的足够多信息。
导波检测是和频率参数密切相关的，同时也与波型模态相关，所以Sonyks采用宽频带窄脉冲作为激励脉冲（见图 5），在接收端采用数字滤波器衰减不需要的相干噪声，这样一次激发便可获得所有测试频率。与有限的检测频率去分析检测数据相比，全频带的检测能够提供给数据分析更多的信息；在检测平台中 Sonyks引入了频率滑块功能，帮助用户选择报告的测试频率；Sonyks系统检测结果如图 6所示，滑块还允许检测人员监控突出显示的响应或任何虚假信号的频率相关行为；宽带激励可确保将完整的测试数据从现场带走，如果在分析过程中遗漏任何内容，可以重新处理。
3.2 FMC 全矩阵捕捉
常规导波检测可以实现大部分工况下的缺陷定位与识别，但导波的频散效应以及长距离检测会大大增加信号分析难度。Sonyks 提出 FMC 全矩阵捕捉技术并将该技术应用于导波检测中。全矩阵捕捉 (FMC)是利用阵列探头完成信号激励和接收的一种方法，一般在常规模式下，阵列传感器同时激励及接收，而在 FMC模式下，激励探头 Tx 和 接收探头 Rx 按以下步骤工作：
（1）在导波检测中，分步激发次数等于探头环内探头的数量；（2）每一步都包括单一探头激励信号，所有探头接收信号；（3）FMC序列是通过在整个阵列（1到N段）上重复激励来完成的——实际上是所有可能信号路径形成的阵列。每当数据采集完毕后，Sonyks将Tx, Rx 和样本数额数据存储在一个三维数组中。FMC采集结构图如图 7 所示。
3.3 精准的探头间距
导波检测所用的探头环一般由多组探头环带设计而成，可以快速安装在管子周向上实施检测。单排探头环可以沿着两个扫查方向发射和接收超声，因此无法分辨接收到的信号是具体来自于哪个方向。为了解决这个问题，一般导波探头环里都设计了两排探头。
不同的制造厂家的探头环分为不同型号，就 T 型波而言，大部分探头环由两个不同间距的探头排列而成，探头之间的距离影响检测使用的频率。对于双排探头环，存在最佳的检测频率范围，此范围内的频率会产生相干叠加，产生一个较高的输出信号；同样也存在一个频率范围产生较低的输出信号。某制造商的两种探头环间距如图 8，图 9所示。此案例中的双探头环间距需要使用第三个探头环，一般通过切换探头线连接的方式去实现。这种探头设计可用频率范围为 20kHz到 68kHz，第二种探头环间距设计仅增加了10 kHz的可用频率范围。
新的 Sonyks导波检测探头（见图 10），采用最佳的 17mm间距设计。与其他设计相比，这种设计提供一个更大的频率可用范围，既不需要增加一个额外的探头环，也不用切换探头线连接。使用较少的探头环可以允许我们在圆周方向安装更多的探头，这样我们可以把圆周方向分成更多的独立单元，从而提高径向分辨率。目前市场上的探头环，一般将圆周方向分为 8 个独立单元，即径向分辨率为 45°。相同直径下， Sonyks可以分为更多的独立单元。如200mm（约8英寸）直径探头环，我们拥有 10个独立单元，径向分辨率为 36°，250mm（约 10 英寸）直径探头环，我们拥有12个独立单元，径向分辨率为 30°。更高的径向分辨率，意味着更准确的缺陷定量。操作人员可以获得更准确的缺陷周向位置信息，并改善 C扫视图显示和焦点分辨率。Sonyks间距 17mm双探头环信号输出能量曲线如图 11 所示。
图11 Sonyks间距17mm双探头环信号输出能量曲线
3.4 分段式磁致伸缩技术
磁致伸缩导波探头主要是通过磁致伸缩效应（软磁体磁化后，其形状、大小会发生变化）激发导波，主要激发导波模态为T型波。当前常用的Fe-Co带连接管道，对管道表面光洁度要求较高，安装耗时；同时该类型磁致伸缩探头只能局限于轴对称波，无法区分F型波和轴对称波，这将丢失大量信号信息。与传统的磁致伸缩导波探头不同，Sonyks的磁致伸缩探头是分段的。分段式探头可以区分反射的轴对称波和弯曲波，这意味着A扫描信息中会出现更多的指示信息。此外，Sonyks的分段模式可以为用户提供导波聚焦功能，聚焦后可以提供缺陷的周向信息，并对存在的任何缺陷进行更详细的判断。如图12所示，Sonyks磁致伸缩探头直接安装在管道即可，无需任何粘接剂，由于采用其为分段式，可进行二次聚焦并直接形成C扫描成像。检测结果如图13所示。
4. 导波检测的应用
多年以来，管道检测一直缺乏快速高效的无损检测方法，迫切需要一种长距离、大范围的检测技术对管道进行定期检测或长期监测其健康状态。而一些常规检测都是采用逐点检测，对于长距离管道检测费时费力。利用导波的多模态特性和模态转换效应，可实现不同类型、不同损伤程度的缺陷检测。其应用范围也更加广泛，导波检测应用领域如表2所示，应用场景如图14所示。
5. 总结
Eddyfi 多年来一直致力于无损检测技术研究，推动无损检测行业发展，提供更先进的技术和用户体验，无论在超声相控阵技术、漏磁技术、阵列涡流技术、脉冲涡流技术，还是在超声导波技术领域，近年来都进行了较大的技术革新。随着Sonyks产品的推出，也引领着导波检测进入一个新的时代，其将信号采集、信号处理、数据显示及分析、生成报告等多功能集于一体，让导波技术更为轻便简洁。采用的全带宽采集和FMC全矩阵捕捉可获得更全面的检测信息；而先进的分段式磁致伸缩技术和改变的探头间距可提高检测数据质量。Eddyfi也将继续为提高导波检测技术，提升数据质量而努力，为客户提供完美的检测解决方案。法国M2M相控阵探伤仪、型号：GEKKO 32:128PR相控探伤仪 ，GEKKO 32:128PR-TFM32全聚焦相控阵检测仪 ，GEKKO 32:128PR-TFM64相控阵检测仪 ，GEKKO 64:64PR相控阵仪 ，GEKKO 64:64PR-TFM64 全聚焦相控阵探伤仪，GEKKO 64:128PR实时全聚焦相控阵检测仪，GEKKO 64:128PR-TFM64相控阵检测仪 ，GEKKO 64:128PR-TFM128 3D实时全聚焦相控阵检测仪，MANTIS 16:64PR 相控阵探伤仪，MANTIS 16:64PR-TFM16，MANTIS 16:64PR-TFM64 ，PANTHER 64×64台式相控阵检测系统 ，PANTHER 128×128, PANTHER 32×128PR 相控阵检测系统。PANTHER 64×256 相控阵探伤仪系统。
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