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射頻功率放大器在超聲導波技術的充液管道損傷檢測研究中的應用

作者：Aigtek 閱讀數：0 發布時間：2024-03-14 17:01:03

　　實驗名稱：充粘液管道損傷檢測的實驗研究

　　研究方向：目前，管道已被廣泛用于石油天然氣、化工、煤礦、城市供水、供氣、供熱、排污等工程。在油氣運輸和危化品運輸中管道運輸越來越扮演主要角色，同時管道還是市基礎設施的重要組成部分。只要有管道應用，就需要有管道檢測，隨著我國管道工程的逐步擴展，如何有效、快速的對現有管道以及即將建成的管道系統提供良好的檢測，已經成為管道行業的亟待解決的問題之一。

　　實驗目的：對充粘性液體管道進行了損傷檢測的實驗研究。首先，對充機油的超聲導波傳播特性進行實驗研究，對最佳激勵信號為10周期的70KHZ的信號進行驗證并對空心管道和充水管道的超聲導波傳播特性進行比對分析，對充粘性液體管道進行了超聲導波損傷檢測實驗研究。計算了充粘性液體管道缺陷的位置。

　　測試設備：函數/任意波形發生器、功率放大器(ATA-8202)、數字示波器(TDS3024)、壓電環、壓電式傳感、管道。

　　實驗過程：本次實驗主要是研究內容為：(1)研究充粘性液體管道中超聲導波的傳播特性，并與充水管道和空管中超聲導波的傳播特性進行比對;(2)研究充粘性液體管道的超聲導波損傷檢測。在同一個一根長為4米，外徑為88毫米，壁厚為4毫米的鋼管(如圖3-2-7所示)

　　上進行充機油、充水和空心鋼管實驗。擬定實驗步驟如下:1、將壓電傳感器貼在管道上。在管道端部緊貼與管道截面相同的壓電陶瓷環激勵導波，離壓電環10mm處的管道外壁沿周向均布16個相同規格的壓電陶瓷片接受導波;沿管道長度方向，每隔25cm處的管道外壁沿周向均布6個壓電陶瓷片跟蹤記錄導波傳播信號。2、將所有實驗儀器連接好后，進行完好空管實驗。激勵信號的頻率從40KHZ到100KHZ每10KHZ為間隔測量一次，周期數為10和20。

　　3、將管道豎立，向鋼管里注滿水，然后再平放管道進行完好的充水管道實驗。如圖3-2-8所示為測量結束后將鋼管中水放出。

　　4、將管道再次豎立，向鋼管里注滿機油，然后再平放管道進行完好的充機油管道實

　　5、進行有缺陷的充機油管道實驗。利用鋸弓在距離鋼管端部2m處加工三種缺陷，缺陷分別為環向1/8圓弧、環向3/16圓弧和環向1/4圓弧，。對這三種缺陷分別進行超聲導波檢測。然后再將管中機油放出，如圖3-2-9所示。

　　6、進行有缺陷的空心管道實驗。

　　7、進行有缺陷的充水管道實驗。

　　在實驗中激勵信號的選取尤為關鍵，既要避免發生頻散現象，又要控制模態數量，好是單模態。為了降低在傳播過程出現中頻散現象，理論上激勵信號應選取單頻信號。但嚴格的單頻信號很難產生，在實際激勵導波的過程中，通常是取多個周期的單音頻信號加窗調制，這樣發出的激勵信號就是以單音頻信號為中心頻率的一族頻率不同的信號。本實驗用的是Hanning窗函數。

　　其中n為周期數，這里w2πx，為了研究信號周期數對檢測結果的影響，實驗中分別編制了10周期和20周期的Hanning窗調制信號，進行對比分析，選出最佳激勵信號的周期數，如圖3-3-1所示

　　通過對4米長無損傷充機油管道的超聲導波檢測，研究中心頻率與周期數對導波衰減程度、信號波峰值和單一模態激發的影響，來確定用來檢測有缺陷的充粘性液體的管道的超聲導波導波的最佳中心頻率。

　　實驗結果：在10周期不變的情況下，分別激發頻率40kHz、50kHz、60kHz、70kHz、80kHz、90kHz、100kHz的導波信號。

充油管道10周期40kHz頻率下時程曲線圖

　　由圖3-3-2至圖3-3-8所示的導波的時程曲線圖可得到，10周期70kHZ頻率導波的端面回波次數最多為六次，測其傳播距離最遠，并且激發出的模態數最少，適合在充粘性液體管道中超聲導波檢測。如圖3-3-3所示在10周期50kHZ下導波的端面回波次數為六次,傳播距離也較遠,但其激發出的模態數較多,故不適合在充粘性液體管道中超聲導波檢測。當周期數為20時，其在時域信號的持續時間長，波形易疊加，折中取舍，選取10周期的信號進行實驗。

　　根據圖3-3-2至圖3-3-8所示的導波的時程曲線圖，取各個頻率下的超聲導波第一次端面回波峰值(第一次回波的最大值與最小值絕對值之和的一半)，繪制圖3-3-9。