PDF《基于超声无损检测对管道沉积物参数的分析》

2 ] 来对薄钢板进行无损检测[

3 ] 的 研究.另外, 基于对水合物沉积物的动态弹性力学参 数和弹性力学参数计算方法[

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5 ] 的广泛研究, 文献[

6 ] 还对锅炉水冷壁管沉积物的超声检测进行了较详细 的综述和研究, 并提出了温度对超声波检测缺陷定位 定量的影响[

7 ] .但我们发现, 在检测能源输送管道中 粘性和非粘性液体造成的沉积物等方面的研究较少, 且对沉积物参数的收集甚少, 因此, 检测能源管道的 沉积并采集沉积物相应参 数对 实践 工程有着 重大 意义. 本文的研究内容是基于能源输送管道在运输粘 性或非粘性液体时的应用.在运输过程中, 管道内壁 常会出现因粘性或非粘性液体造成的沉积而导致被 输送产品流量的降低.如在可饮用水运输时产生的 管道水垢, 石油化工产业中管道内部固化的石油产品 沉积物等. 本研究的目的是在超声波的帮助下检测沉积物 并获得其主要参数.本研究主要从实验的角度, 基于 收发分置双换能器产生的 L a m b波进行讨论.我们 在实验中使用中心频率为2 .

2 5 MH z的压电换能器 作为发射端, 叉指换能器作为接收端.由于沉积物复 杂的结构类型, 首先我们分析研究 L a m b波通过管壁 内位置轴对称且厚度相同的沉积物时的数据, 然后当 其通过非轴对称沉积物时再分析其相应数据, 从而得 出实验结论.

1 基于导向 L a m b波传输的理论基础 我们基于 L a m b波在真空无沉积物的内轴对称 的不锈钢制管道内的相互作用, 给出了轴对称模式波 形在管道中传播的理论研究.轴对称模态是基于散 射方程实解的.重建的散射曲线对应着根据频率变 化而确定的波的特性( 波数、 相速度、 群速度等) .而 基于不锈钢管的相关力学参数我们可以给出传播的 轴对称波的散射曲线. 当频率增加时, 管道内声波的表现类似于 L a m b 波在平板上的传播, 因此, 我们可以使用波在平板上 传播的概念.在这种情况下, 根据基于传播平面的粒 子运动的对称与否, 轴对称模态的传播被分为模式S ( 对称) 和模式 A( 反对称) 两类. 波数是指每2π长度内, 波动重复的次数, 且波 数与波长成反比.当波数为正时, 传播方向为正方 向.且轴对称模态的波数是随着频率的变化而变化. 有些模态只有当频率达到某一数值时才会出现, 即截 止频率, 当低于此频率时, 声波将不会以此模态传播. 通过研究发现, 当有一对称波S 1, 其频率接近截 至频率(

1 .

9 4 MH z ) 时, 无法确定唯一的波而是会出 现2个波数( 即2个相速度及2个群速度) .事实上, 在高频区 S

1 只有一个正实数波数.当频率 减少 时, 会出现一个临界频率, 这时波S

1 会发生变化.当 波的群速度为负时, 称为 逆行性 .

2 实验方法及过程 首先, 采用一种管型双圆轴对称 L a m b波的产生 和接收方法;

然后分析其散射曲线;

最后, 根据散射曲 线选择频率为2 .

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5 MH z的声波, 使其在有非轴对 称沉积物的管道中传播, 并分析实验结果.

2 .

1 收发分置法 实验环境构建如下: 管道为垂直放置, 信号发生 器为发射换能器提供了一个周期为 荦、 振幅为e x t (

0 , 5V) 、 频率为 的正弦波激励信号.放大的激励 信号由一个2

1 0

0 L型功率放大器提供.拥有较宽带 宽的换能器作为发射端放置在管道的顶部, 其类型为 锆钛酸铅压电陶瓷( P Z T) 及圆形截面.实验中会使 用两个换能器: 第一个通带中心频率为2