實(shí)驗(yàn)名稱：單缺陷導(dǎo)波檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

　　研究方向：管道運(yùn)輸在當(dāng)今國民經(jīng)濟(jì)和工業(yè)運(yùn)輸領(lǐng)域有著重要的作用，其有著經(jīng)濟(jì)、高效且安全的優(yōu)勢(shì)。然而管道在服役過程中并不是一勞永逸的，隨著時(shí)間的推移或者存在加工缺陷很容易致使管道產(chǎn)生缺陷，最終導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。因此提高現(xiàn)有管道缺陷檢測(cè)的技術(shù)方法、研究管道缺陷檢測(cè)新方法對(duì)保證管道運(yùn)輸領(lǐng)域可靠運(yùn)行具有重要意義。

　　超聲導(dǎo)波以其優(yōu)點(diǎn)在管道短距離和長(zhǎng)距離檢測(cè)中都得到了廣泛的研究，已經(jīng)成為了重要的缺陷檢測(cè)手段。本文基于不同參數(shù)的影響，通過理論分析、數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證對(duì)時(shí)間反轉(zhuǎn)導(dǎo)波檢測(cè)的聚焦效果進(jìn)行了研究。具體研究?jī)?nèi)容分為以下3個(gè)部分:

　　首先，針對(duì)包含缺陷不同模態(tài)信息的時(shí)反信號(hào)，探討了不同截取窗寬下的時(shí)反聚焦效果，為后續(xù)研究莫定了基礎(chǔ);分別對(duì)不同周向角度、徑向深度和軸向長(zhǎng)度裂紋缺陷管道進(jìn)行了直接導(dǎo)波檢測(cè)和時(shí)反導(dǎo)波檢測(cè)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了比較，探究參數(shù)改變對(duì)導(dǎo)波檢測(cè)和時(shí)反聚焦的影響;在單缺陷模型的基礎(chǔ)上建立了含雙缺陷的管道，研究了缺陷1與缺陷2的聚焦效果以及時(shí)間反轉(zhuǎn)后雙缺陷不同軸向間距和不同周向角度對(duì)于后缺陷波形、態(tài)以及幅值的影響。

　　其次，針對(duì)實(shí)際檢測(cè)過程中管道存在部分裸露或者難以確保換能器與管道出現(xiàn)耦合的情況，提出了局部加載時(shí)間反轉(zhuǎn)導(dǎo)波檢測(cè)方法。該方法基于直接導(dǎo)波檢測(cè)接收到的各通道位移數(shù)據(jù)，在二次激勵(lì)時(shí)選擇合適的通道位置及通道數(shù)目進(jìn)行時(shí)反加載。分析了導(dǎo)波與單缺陷交互的問題,研究了缺陷能量的周向分布,并基于此以能量、缺陷反射率等為指標(biāo)，設(shè)計(jì)方案探究不同通道數(shù)目、不同通道位置的變化會(huì)對(duì)聚焦效果產(chǎn)生何種影響。

　　最后，搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)實(shí)際管道進(jìn)行缺陷檢測(cè)，確定管道中缺陷所在軸線位置，與實(shí)際位置及仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。采用實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方式對(duì)改變窗寬下的聚焦效果進(jìn)行驗(yàn)證，并對(duì)不同周向角度、不同徑向深度缺陷以及局部加載的可行性進(jìn)行驗(yàn)證。

　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>為了提高對(duì)管道中微小缺陷的檢測(cè)精度，為超聲導(dǎo)波時(shí)間反轉(zhuǎn)檢測(cè)更快地應(yīng)用于實(shí)際檢測(cè)工程中，適應(yīng)實(shí)際檢測(cè)過程中換能器不能耦合的問題奠定了一定的基礎(chǔ)，

　　測(cè)試設(shè)備：任意波形發(fā)生器、ATA-8202射頻功率放大器、收發(fā)轉(zhuǎn)換器、ATA-5320前置放大器、數(shù)字示波器。

　　實(shí)驗(yàn)過程：ATA-8202射頻功率放大器采用液晶顯示屏面板顯示，工作模式ClassA，具有線性度高，失真小、使用壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。飽和輸出功率200W，功率增益47dB，增益調(diào)節(jié)0.5dB步進(jìn)。實(shí)驗(yàn)過程中，選擇的激勵(lì)信號(hào)與有限元仿真保持一致，通過管道端部的周向均勻布置的16個(gè)長(zhǎng)度伸縮型壓電換能器，結(jié)合收發(fā)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的收發(fā)功能。波形發(fā)生器產(chǎn)生的調(diào)制脈沖信號(hào)，經(jīng)過功率放大器的增強(qiáng)后，在換能器上實(shí)現(xiàn)了軸向加載，從而引發(fā)了縱向模態(tài)導(dǎo)波的產(chǎn)生。這些導(dǎo)波信號(hào)沿著管道軸向傳播，與管道中的缺陷發(fā)生交互，進(jìn)而產(chǎn)生反射和透射波。隨后，反射回波信號(hào)被換能器重新捕獲，轉(zhuǎn)化為微弱的電信號(hào)。這一信號(hào)經(jīng)過前置放大器的進(jìn)一步放大后，傳輸至示波器進(jìn)行記錄。最終，通過上位機(jī)實(shí)時(shí)地展示了這一檢測(cè)過程。

圖：實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及裝置

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：本實(shí)驗(yàn)搭建了超聲導(dǎo)波管道缺陷檢測(cè)系統(tǒng)，針對(duì)管道中出現(xiàn)的腐蝕缺陷對(duì)管道進(jìn)行了直接導(dǎo)波檢測(cè)和和時(shí)反導(dǎo)波檢測(cè)，同時(shí)對(duì)局部加載導(dǎo)波檢測(cè)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得出以下結(jié)論：（1）對(duì)含腐蝕缺陷的管道進(jìn)行導(dǎo)波檢測(cè)的軸向定位較準(zhǔn)確，誤差較小，超聲導(dǎo)波可以有效對(duì)管道中存在的腐蝕缺陷進(jìn)行檢測(cè)；

　　（2）時(shí)反導(dǎo)波檢測(cè)的缺陷反射率隨時(shí)反窗寬的增大而增大，與仿真結(jié)論一致；

　　（3）隨著蝕坑密度的增大，直接導(dǎo)波檢測(cè)和時(shí)反導(dǎo)波檢測(cè)的缺陷反射率都增大，并且對(duì)于較小腐蝕缺陷提升較大；

　　（4）周向加載角度較小時(shí)，激發(fā)出的非軸對(duì)稱導(dǎo)波模態(tài)較多，與缺陷交互之后模態(tài)成分更復(fù)雜，造成缺陷波包難以被識(shí)別。

圖：不同加載位置實(shí)驗(yàn)信號(hào)

圖：不同蝕坑密度缺陷實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

　　產(chǎn)品推薦：ATA-8000系列射頻功率放大器

圖：ATA-8000系列射頻功率放大器指標(biāo)參數(shù)

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