于海群[1]2003年在《管道超声导波检测专用探头的研制》文中进行了进一步梳理随着管道系统越来越广泛地应用于石油、化工、以及城市自来水等工业部门中，管道泄露带来的问题也越来越严重，但是常规的管道缺陷检测技术已经不能满足管道运输发展的需要。超声导波检测技术以其检测速度快、可靠、经济而且不需要剥离管道外包层等优点成为管道缺陷检测技术一个新的发展方向，但是目前国内还没有应用该技术对管道缺陷进行检测的探头，本文正是从这个问题出发，目的在于研制一种用于在管道中激励和接收超声导波的探头系统。首先，本文对国内外本课题研究领域的进展作了综述，并简要介绍了与超声导波技术和探头研制相关的理论基础；其次，根据检测对象——管道的特殊性，结合常规探头的制造技术，详细介绍了超声导波探头的研制过程，制作了24个超声导波探头和一个用于把探头在管道上固定的机械装置，并且对探头的一些性能参数进行了数值模拟。最后，在实验室中进行探头在管道中激励接收超声导波的实验，实验结果表明，本文研制的探头系统能够在管道中有效地激励和接收所需的导波模态，并且能够抑制一些不希望出现的导波模态，有望用于管道缺陷的检测。
何存富, 于海群, 吴斌[2]2003年在《管道超声导波检测专用探头的研制》文中指出结合常规超声探头的研制技术,根据检测对象管道的特殊性,从敏感元件、背衬材料、保护层以及外型等各方面详细介绍了一种管道超声导波检测专用探头的研制过程;利用这种探头分别在板和管中进行了激励接收超声导波的实验,结果表明,这种探头能够激励接收超声导波.
周进节[3]2012年在《基于时间反转方法的超声导波检测设备研制及其应用研究》文中提出超声导波具有传播距离远及沿传播路径衰减小的特点，能同时检测结构的内部和表面缺陷，非常适合对管、杆等结构进行长距离、大范围检测。目前，对小缺陷准确定位是国际上长输管线腐蚀泄漏检测技术的难题之一。本文研究了基于时间反转方法实现导波能量在缺陷处聚焦的方法，在此基础上研制出了一套具有时间反转功能的超声导波检测仪器，与不同换能器（阵列）组合可架构针对管、杆类结构的时间反转检测系统，并进行了相应的实验研究。主要工作如下：（1）基于时间反转方法研究了采用管道端面加载方式实现导波能量在缺陷处进行时间--空间聚焦的原理，用3D模型仿真研究了时反方法对不同壁厚位置相同深度、沿径向逐渐加深非通透裂纹的检测规律，用2D模型研究了时反方法对单个通透裂纹沿周向、轴向扩展和同周向不同轴向、同轴向不周同向双通透裂纹的检测规律，并可视化观察了时反导波在缺陷处的聚焦过程。（2）在分析管中导波激励特性的基础上，结合时反方法的聚焦检测规律，提出了两种实现管中导波时反检测的新方法，分别为：采用斜入射加载方式，通过合理设计换能器入射角度、加载面积，可激发出较单一L(n,2)模态簇，从而提出了一种容易实现且行之有效的斜入射局部加载时反检测新方法；对称激励管道表面安装的压电晶片阵列，从各压电晶片接收到的反射回波中提取含缺陷信息的L(n,2)模态簇信号进行时间反转，用时反波激励对应压电晶片，整个阵列将同时接收到较单一L(n,2)模态簇信号，从而提出了另一种基于压电晶片阵列实现的管中缺陷时间反转检测新方法。（3）根据超声导波时间反转检测方法的需求，设计并实现了一种适合激励压电换能器产生时反导波的高压脉冲式激励板卡。在时反激励板卡的设计过程中，采用交互式状态机实现时反信号的快速合成，采用运放电路实现功率输出级电路的驱动，采用差分结构实现高压时反波输出电路，以保证在实际检测过程中该激励板卡能根据检测要求快速生成所需要的高压时反波。针对导波检测设备需采用Pulse-echo工作方式的需求，设计了具有自保护功能的回波检测系统，该系统主要包括自保护电路、前置放大电路、滤波电路、程控放大电路和A/D转换电路等部分，通过DSP+FPGA构成一种易扩展方式来实现检测过程控制。（4）针对在役杆类结构只能在其端部安装单换能器的限制，研究了用单换能器信息实现杆中缺陷时间反转检测的方法，在此基础上，采用宽带、窄带信号在不同频散点进行时反检测实验研究，并对杆中单、双缺陷进行多次时反检测。（5）实现了能激发L(n,2)模态簇、声场涵盖管道整个圆周方向的多通道斜探头及压电晶片阵列，与本文所研制的激励/接收板卡共同构建了管道导波时反检测系统。采用上述系统，实验研究了时反窗的起始点、窗宽对检测效果的影响，时反方法对宽带、窄带初始激励信号的重构效果，及时反前、后缺陷回波反射系数随截面缺失率的变化关系。（6）将在不同圆周位置接收的缺陷反射声场分解为L(n,2)模态簇，通过数值频散补偿方法实现所分解信号的时间--空间变换，用变换后的信号实现管中导波缺陷成像。采用有限元仿真研究了激励源的选择对管中周向导波的抑制作用。实验研究了实现该成像方法的激励和接收压电晶片的配置，并针对裂纹缺陷进行常规导波、时反导波成像，验证了该方法的有效性。
何存富, 杨士明, 吴斌, 刘增华[4]2005年在《管道中激励和接收扭转模态导波专用探头的研制与应用》文中研究说明超声导波检测技术是一种新兴的无损检测方法。扭转模态是管道中超声导波的模态之一,可以检测各类缺陷。采用厚度切变型压电陶瓷作为敏感元件的探头,其外形尺寸为20 mm×10 mm×20 mm,在4 m长的钢管中进行了扭转模态的激励与接收试验。结果表明,该探头能够有效地激励和接收扭转模态,抑制了其它模态导波的干扰。
宋志东[5]2006年在《超声导波技术在管道缺陷检测中的研究》文中指出管道运输业在经济建设和国防工业中发挥着越来越重要的作用。维护管道安全运行,防止管道生产事故的发生是管道工业生产和安全管理部门一项很重要的工作。管道泄漏事故一旦发生,不仅造成大量物质损失,更为严重的是有可能带来人身伤亡事故。管道缺陷检测是油气管道安全检测的重要方面。传统常规的检测方法往往费时费事,而超声导波技术由于其具有检测效率高、速度快和检测管壁整个厚度等的优势,使这项技术在长距离快速检测和管道完整性评价等方面受到无损检测领域的广泛关注。本文对超声导波技术应用于工业管道缺陷无损检测进行了理论和实验研究。首先,分析了国内外超声导波无损检测技术研究现状,介绍了超声导波的基本概念和原理;其次,详细推导了空心圆管中的导波理论,得出了空心圆管中柱面导波频散方程,对频散曲线进行了计算,分析了空心圆管中纵波、扭转波、弯曲波叁种纵向模态导波;给出了在圆管中激励超声导波的方法,给出管道检测常用的导波模态L(0,2)和T(0,1)的激发方法;分析了管道中超声导波传播特性,包括导波的衰减特性和缺陷反射特性;在理论分析基础上,应用超声导波检测仪对管道缺陷进行检测实验,以轴对称纵向L(0,2)模态和扭转T(0,1)模态导波进行检测,实验结果与理论分析基本吻合。最后,对纵向L(0,2)模态和扭转T(0,1)模态导波检测结果进行分析,表明:纵向模态和扭转模态导波检测到了全部的焊缝等特征,对预制缺陷有回波信号,并可以较为准确的对缺陷定位;导波对周向缺陷较为敏感,证明了应用超声导波技术对工业管道进行无损检测的可行性;对两种模态的检测结果进行对比分析,前者的波形明显比后者复杂得多,表明纵向导波对所激发信号的轴对称性要求更高。
岳欢欢[6]2017年在《基于超声导波的结垢检测及去除技术研究》文中研究说明管道内结垢的检测及去除技术对于需要使用管道运输的行业是十分重要的,例如石化、制药、食品和给排水等行业中要大量使用管道。如管道结垢长时间得不到清理,其生产效率将会下降,同时产品质量得不到保证,严重的会因管道堵塞而引发安全事故,造成人员伤亡。利用超声导波技术对管道内结垢进行检测和去除,是应用超声导波在管壁上传播距离更远且衰减更小的优势,从而达到检测与去除垢的目的。超声导波通常在管壁中的检测距离可达到几十米乃至上百米。相对人工逐点检测,极大地提高了工作效率。另一方面,超声导波可在充液和带包覆层的管道中传播,可在设备不停产、去除最少量包覆层的情况下对管道进行内结垢检测和去除作业,最大程度地不干扰正常生产。本文对基于超声导波的管道内结垢检测及去除技术进行了初步研究,并结合实验加以证明,得出以下结论:1、通过ABAQUS有限元软件建立了基于超声导波的管道内结垢检测的仿真模型。初步证明了超声导波技术能够应用于检测管道内结垢。2、超声导波在结垢层前端、后端、管道尾端以及法兰等均会发生反射。3、通过分析结垢层反射信号能够确定管道内结垢的位置。4、由于结垢层前端和后端均能引起反射,可依据两端引起的反射信号的时间差估算出结垢层的长度。5、依据仿真模型结论,利用实验管道开展检测实验,进一步证明了利用超声导波检测管道内结垢的可行性。6、在超声导波除垢方面,用实验室所设计的除垢装置,对管道内结垢进行去除,结果表明利用超声导波去除管道内结垢的有效性。
程载斌[7]2004年在《利用超声导波进行管道裂纹检测的数值模拟和实验研究》文中研究指明管道的破裂是石油、化工等行业中经常面临的一个重要问题。裂纹既可能发生在管道外壁又可能发生在管道内壁，通常致使管道壁厚减薄。传统无损超声检测技术是单点检测，因而，在检测长距离管道时，该方法遇到很大困难。利用纵向超声导波检测管道裂纹的技术可以解决这一难题，检测范围可达数十米，并且它是线检测，因而比单点检测省时、高效。其基本原理是，在管道一端激励出导波沿管道传播，通过监测回波的变化来确定管道缺陷的位置及尺寸等。但是，由于导波的多模态及频散特性，往往又使结果分析异常复杂，所以，选择和激励单一模态导波检测管道可大大简化问题分析的复杂性。 本文针对利用超声导波技术进行管道裂纹检测的问题进行了数值模拟和实验研究。首先对当前本课题研究领域的进展作了综述，简要介绍了超声导波技术的基础知识。其次，在前人理论工作的基础上，详细推导了空心圆管中的导波理论，得出了空心圆管中柱面导波和周向导波的频散方程，对频散曲线进行了数值计算；分析了空心圆管中导波的模态，并探讨了如何选取适合管道裂纹检测的导波模态进行检测；基于脉冲回波原理，并考虑频散及横向效应等因素的影响，提出了减小频散影响的修正系数，并据此给出了简单、直观的管道裂纹检测公式；用有限元程序ANSYS对空心圆管中的导波模态及管道超声纵太原理工大学硕士研究生学位论文向导波裂纹检测进行了数值模拟，对激励信号进行了分析计算，找出经HAN小汀NG窗调制的10~巧个单音频迭加激励信号，通过对管道一端周向各节点施加轴向瞬时位移载荷模拟入射导波，同端接收反射波，利用提出的管道裂纹检测公式，对不同裂纹尺寸的单裂纹管道模型进行了大量的数值模拟，模拟结果表明:可较为精确地定位单裂纹位置，对裂纹的周向长度、壁厚减薄程度及裂纹反射面积均可近似确定，但纵向导波对裂纹轴向宽度并不敏感，管道末端的边界条件对裂纹识别结果的影响很小，模拟结果与理论及前人实验结果吻合较好;通过数值模拟，首次成功地对双裂纹位置进行了准确定位，并对结果进行了讨论。最后进行了空心圆管单裂纹定位实验，取得了初步成果。
朱英奎[8]2010年在《管状结构中超声导波检测特性实验研究》文中指出压力管道的分布极为广泛,管道的安全运行与生产生活关系极为密切,因此保证管道的安全运行意义十分重大。随着管道数量的增多和运行时间的增加,管道设计、安装及运行管理中的问题逐渐暴露出来,为了及时发现问题,控制事故的发生,减少事故带来的损失,管道的腐蚀检测和泄漏检测就显得非常重要。但由于我国使用超声导波检测金属管道的历史不长,目前还没有导波的检测程序和结果评价方法标准。因此,开展金属管道导波检测技术与评价方法的研究,制订出技术法规和标准,填补国内空白,为政府安全监察工作提供技术支撑,就具有很重要的现实意义。本课题首先阐述超声导波检测管道缺陷方面的国内外的研究历史及现状和超声导波检测技术的基础理论,然后对管道进行了一系列的实验研究。实验主要包括以下几个方面:1)针对不同管道的缺陷检测实验;2)针对不同的外包覆层、有无内容物及管道是否埋地的检测实验;3)针对不同缺陷的长度深度的检测实验;4)针对不同缺陷类型的检测实验。实验结果对数值模拟结果进行验证,得出了超声导波检测管道缺陷的一些特性及规律,为以后的管道导波检测研究、设备研发、标准制定奠定了基础。
陈凯歌[9]2017年在《基于驰豫单晶的压电导波换能器的研制及接收试验研究》文中指出管道超声导波检测具有传播距离远、检测效率高和无需大面积去除包覆层等优点,成为了管道无损检测领域的研究热点。超声换能器作为检测系统的主要组成部分,其性能的优劣直接影响检测的效果。目前通常采用压电陶瓷作为超声换能器的致动材料,但新型的驰豫单晶材料具有更高的压电性能,具有很大的发展潜力。因此研制驰豫单晶超声换能器对于提高管道缺陷的检出率和检测效率具有很大的现实意义。本文主要通过试验研究了驰豫单晶换能器结构中的匹配层、背衬层及换能器的封装方法等对接收信号回波系数、信噪比和始波拖尾时间等性能的影响。通过Matlab数值模拟研究了换能器的输入阻抗随频率的变化关系。并对比了传统压电陶瓷换能器和驰豫单晶换能器的接收效果。本文的主要研究工作和成果包括:(1)建立了管道导波检测系统,根据频散曲线确定换能器激励的导波模态,并制定了驰豫单晶换能器性能的评定标准。通过Ansys模拟研究了不同尺寸下驰豫单晶片的接收幅值,结果表明,当驰豫单晶长度达到20mm后,随着驰豫单晶长度的增加,接收信号幅值增长缓慢,综合分析后采用20mm驰豫单晶作为最终尺寸。(2)根据推导的声强透射率公式研究了不同材料声阻抗和不同材料厚度作为匹配层时的声强透射率变化规律。结果表明,声强透射率随匹配层声阻抗的增大而增大,随匹配层厚度的增大而呈现周期性变化。在匹配层厚度较小(<1mm),声阻抗大于5×106Pa·s/m时,匹配层的材料和厚度对声强透射率的影响较小。考虑声波在匹配层中的衰减,通过试验研究了不同匹配层厚度对焊缝回波系数、信噪比和拖尾时间的影响。结果表明,在低频区,匹配层厚度的增加有益于回波系数的提高;在高频区,回波系数随匹配层的增大而先增大后减小;匹配层厚度增大会降低信噪比,但对拖尾时间无明显影响。(3)通过对碳化硅、环氧树脂和聚硫橡胶的不同配比,制作了四种不同的匹配层材料,并通过脉冲回波法测得了四种背衬的声阻抗;通过试验,研究了不同声阻抗材料对回波系数、信噪比和拖尾时间的影响。结果表明,当背衬层声阻抗较小时,随着背衬层声阻抗的增大,回波系数越来越小,信噪比有所提高,拖尾时间无明显变化。(4)根据驰豫单晶的叁端等效网络模型和无源器件的二端等效网络模型,以及驰豫单晶的等效电路,推导了换能器输入阻抗的数值计算方法,并采用Matlab软件研究了换能器输入阻抗随激励频率和匹配层及背衬层厚度的变化规律。结果表明,输入阻抗受匹配层和背衬层厚度的变化较小,但随着激励频率的变化逐渐减小。本文采用理论分析和试验的方式研究了驰豫单晶换能器的设计,并通过试验验证了驰豫单晶换能器的整体检测性能。研究工作对于高性能驰豫单晶换能器的研制起到了有益的参考作用。
丁敏[10]2012年在《海洋平台压力管道导波检测与失效分析》文中进行了进一步梳理我国具有丰富的海洋石油资源，在海洋油气的开采中，海洋平台管道的运行状况直接关系到海上油气田的安全。海洋平台管道作为海洋油气开采系统的重要组成部分，在其内部流体和外部环境荷载的作用下会发生碰撞、断裂和腐蚀失效等，造成严重的经济损失和环境破坏。因此分析海洋平台管道风险，建立合理的海洋平台管道完整性管理系统以保证管道的安全运行对我国海洋石油开发有着重要的意义。本课题主要对海洋平台管道发生破坏失效的可能性进行分析，并应用超声导波检测技术准确地检测出管道存在缺陷的位置，检测的结果可以给管理者提供更有效的补救建议。主要研究工作和研究成果如下：1.运用故障树分析法，建立了较为完整的海洋平台管道失效故障树，求出了故障树的最小割集，分析总结了海洋平台管道失效的主要影响因素，给出了根据基本事件概率和最小割集概率求解管道失效概率的计算方法，同时给出并简化了基本事件概率重要度系数的计算公式，指出了计算基本事件概率重要度系数在风险分析和管道完整性管理方面的重要意义。2.超声导波技术具有很高的灵敏度和极高的精确度，可以实现长距离管道的缺陷检测，并分析了不同温度下导波技术在长距离管道缺陷检测的应用，结果表明：超声导波技术在不同温度下均能很好的检测出管道上存在的缺陷。3.超声导波检测表明：影响海洋平台管道的主要失效因素是腐蚀。4.经过对超声导波技术在管道检测中应用的探讨，归纳总结了一些影响超声导波检测的因素，并对超声导波技术在管道检测中存在的局限性进行了具体的阐述。本文的研究为我国海洋平台管道基于风险分析的完整性管理方法的理论研究和工程应用打下了基础。
参考文献：
[1]. 管道超声导波检测专用探头的研制[D]. 于海群. 北京工业大学. 2003
[2]. 管道超声导波检测专用探头的研制[J]. 何存富, 于海群, 吴斌. 实验力学. 2003
[3]. 基于时间反转方法的超声导波检测设备研制及其应用研究[D]. 周进节. 北京工业大学. 2012
[4]. 管道中激励和接收扭转模态导波专用探头的研制与应用[J]. 何存富, 杨士明, 吴斌, 刘增华. 无损检测. 2005
[5]. 超声导波技术在管道缺陷检测中的研究[D]. 宋志东. 天津大学. 2006
[6]. 基于超声导波的结垢检测及去除技术研究[D]. 岳欢欢. 天津科技大学. 2017
[7]. 利用超声导波进行管道裂纹检测的数值模拟和实验研究[D]. 程载斌. 太原理工大学. 2004
[8]. 管状结构中超声导波检测特性实验研究[D]. 朱英奎. 河北科技大学. 2010
[9]. 基于驰豫单晶的压电导波换能器的研制及接收试验研究[D]. 陈凯歌. 江苏大学. 2017
[10]. 海洋平台压力管道导波检测与失效分析[D]. 丁敏. 兰州理工大学. 2012