實(shí)驗名稱(chēng)：充粘液管道損傷檢測的實(shí)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(lái)越扮演主要角色，同時(shí)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(zhù)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(jīng)成為管道行業(yè)的亟待解決的問(wèn)題之一。

　　實(shí)驗目的：對充粘性液體管道進(jìn)行了損傷檢測的實(shí)驗研究。首先，對充機油的超聲導波傳播特性進(jìn)行實(shí)驗研究，對最佳激勵信號為10周期的70KHZ的信號進(jìn)行驗證并對空心管道和充水管道的超聲導波傳播特性進(jìn)行比對分析，對充粘性液體管道進(jìn)行了超聲導波損傷檢測實(shí)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(fā)生器、功率放大器(ATA-8202)、數字示波器(TDS3024)、壓電環(huán)、壓電式傳感、管道。

　　實(shí)驗過(guò)程：本次實(shí)驗主要是研究?jì)热轂椋?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(jìn)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(gè)一根長(cháng)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(jìn)行充機油、充水和空心鋼管實(shí)驗。擬定實(shí)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(huán)激勵導波，離壓電環(huán)10mm處的管道外壁沿周向均布16個(gè)相同規格的壓電陶瓷片接受導波;沿管道長(cháng)度方向，每隔25cm處的管道外壁沿周向均布6個(gè)壓電陶瓷片跟蹤記錄導波傳播信號。2、將所有實(shí)驗儀器連接好后，進(jìn)行完好空管實(shí)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(mǎn)水，然后再平放管道進(jìn)行完好的充水管道實(shí)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(mǎn)機油，然后再平放管道進(jìn)行完好的充機油管道實(shí)

　　5、進(jìn)行有缺陷的充機油管道實(shí)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(huán)向1/8圓弧、環(huán)向3/16圓弧和環(huán)向1/4圓弧，。對這三種缺陷分別進(jìn)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(jìn)行有缺陷的空心管道實(shí)驗。

　　7、進(jìn)行有缺陷的充水管道實(shí)驗。

　　在實(shí)驗中激勵信號的選取尤為關(guān)鍵，既要避免發(fā)生頻散現象，又要控制模態(tài)數量，好是單模態(tài)。為了降低在傳播過(guò)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(chǎn)生，在實(shí)際激勵導波的過(guò)程中，通常是取多個(gè)周期的單音頻信號加窗調制，這樣發(fā)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(shí)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(shí)驗中分別編制了10周期和20周期的Hanning窗調制信號，進(jìn)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(guò)對4米長(cháng)無(wú)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(tài)激發(fā)的影響，來(lái)確定用來(lái)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(shí)驗結果：在10周期不變的情況下，分別激發(fā)頻率40kHz、50kHz、60kHz、70kHz、80kHz、90kHz、100kHz的導波信號。

　　根據圖3-3-2至圖3-3-8所示的導波的時(shí)程曲線(xiàn)圖，取各個(gè)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。

　　從圖3-3-9中可以看出，當周期數為10時(shí)，在40-100kHz這段頻率范圍內，超聲導波的第一次端面回波峰值在70kHz附近達到最大,即在70kHz左右的超聲導波在充粘液管道中傳播幅值最大。

　　綜上所述，比較理想的檢測周期數為10，頻率為70KHZ。該信號的導波為充粘性液體管道中超聲導波檢測的最佳激勵信號。

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