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(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。只要有管道應(yīng)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(xiàn)有管道以及即將建成的管道系統(tǒng)提供良好的檢測，已經(jīng)成為管道行業(yè)的亟待解決的問題之一。

　　實驗?zāi)康模?/strong>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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(shè)備：函數(shù)/任意波形發(fā)生器、功率放大器(ATA-8202)、數(shù)字示波器(TDS3024)、壓電環(huán)、壓電式傳感、管道。

　　實驗過程：本次實驗主要是研究內(nèi)容為：(1)研究充粘性液體管道中超聲導(dǎo)波的傳播特性，并與充水管道和空管中超聲導(dǎo)波的傳播特性進行比對;(2)研究充粘性液體管道的超聲導(dǎo)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(huán)激勵導(dǎo)波，離壓電環(huán)10mm處的管道外壁沿周向均布16個相同規(guī)格的壓電陶瓷片接受導(dǎo)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(dǎo)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(shù)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(jié)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(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行超聲導(dǎo)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(guān)鍵，既要避免發(fā)生頻散現(xiàn)象，又要控制模態(tài)數(shù)量，好是單模態(tài)。為了降低在傳播過程出現(xiàn)中頻散現(xiàn)象，理論上激勵信號應(yīng)選取單頻信號。但嚴(yán)格的單頻信號很難產(chǎn)生，在實際激勵導(dǎo)波的過程中，通常是取多個周期的單音頻信號加窗調(diào)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。本實驗用的是Hanning窗函數(shù)。

　　其中n為周期數(shù)，這里w2πx，為了研究信號周期數(shù)對檢測結(jié)果的影響，實驗中分別編制了10周期和20周期的Hanning窗調(diào)制信號，進行對比分析，選出最佳激勵信號的周期數(shù)，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(dǎo)波檢測，研究中心頻率與周期數(shù)對導(dǎo)波衰減程度、信號波峰值和單一模態(tài)激發(fā)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(dǎo)波導(dǎo)波的最佳中心頻率。

　　實驗結(jié)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(dǎo)波信號。

　　根據(jù)圖3-3-2至圖3-3-8所示的導(dǎo)波的時程曲線圖，取各個頻率下的超聲導(dǎo)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(dāng)周期數(shù)為10時，在40-100kHz這段頻率范圍內(nèi)，超聲導(dǎo)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(dǎo)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(shù)為10，頻率為70KHZ。該信號的導(dǎo)波為充粘性液體管道中超聲導(dǎo)波檢測的最佳激勵信號。

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