電磁超聲縱向模態(tài)導(dǎo)波管道檢測機理與信號增強方法研究.pdf

1、管道作為一種物料輸送、能量交換的關(guān)鍵部件，廣泛應(yīng)用于石油、石化等行業(yè)。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，管道數(shù)量急劇增加，由此帶來的檢測工作量急劇增加，如何實現(xiàn)管道的快速檢測是無損檢測領(lǐng)域面臨的重要問題之一。電磁超聲導(dǎo)波檢測方法是一種具有非接觸、單點檢測距離長等優(yōu)點的新型無損檢測方法，該方法能快速方便地對管道進行檢測，因而近年來逐漸受到人們的關(guān)注。然而與傳統(tǒng)的壓電方式超聲導(dǎo)波相比較，電磁超聲導(dǎo)波仍存在檢測信號信噪比較低的缺點。本學(xué)位論文圍繞電磁超聲縱向?qū)?/p>

2、波在管道外檢測和內(nèi)檢測中遇到的難題，對電磁超聲縱向?qū)Р〒Q能機理和信號增強方法展開研究。
　　首先從電動力學(xué)和彈性動力學(xué)的經(jīng)典理論出發(fā)，推導(dǎo)包含洛倫茲力、磁力和磁致伸縮應(yīng)變的電磁超聲縱向?qū)Р刂品匠蹋U述同時適用于電磁超聲縱向?qū)Рü艿劳鈾z測和內(nèi)檢測的換能機理，采用數(shù)值仿真和實驗研究相結(jié)合的方法研究不同方向偏置磁場作用下諸換能機理的貢獻。研究表明，鐵磁性管道軸向偏置磁場作用下，偏置磁場方向較為單一，磁致伸縮效應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)地位；鐵磁性管道

3、徑向偏置磁場作用下，偏置磁場方向隨空間變化，發(fā)現(xiàn)磁致伸縮效應(yīng)在換能過程中的作用不能忽略，為后續(xù)縱向?qū)Рz測信號增強研究提供指導(dǎo)作用。
　　針對軸向偏置磁場作用下鐵磁性管道外檢測的激勵過程，分析已有磁致伸縮激勵傳感器磁場作用區(qū)域?qū)z測信號的影響，提出一種帶有屏蔽環(huán)的新型傳感器結(jié)構(gòu)，可有效控制激勵磁場作用區(qū)域，進而增強磁致伸縮導(dǎo)波檢測信號，實驗仿真結(jié)果證明該增強方法的有效性，并對其影響因素進行分析。
　　針對軸向偏置磁場作用下鐵

4、磁性管道外檢測的接收過程，推導(dǎo)感應(yīng)磁場磁矢位的一般表達式，分析磁矢位的空間分布特性，根據(jù)感應(yīng)磁場磁矢位與接收線圈感應(yīng)電動勢之間的關(guān)系式，提出接收線圈的設(shè)計準(zhǔn)則，基于該準(zhǔn)則合理設(shè)計接收線圈寬度和段數(shù)。與傳統(tǒng)的三段式接收線圈相比，優(yōu)化后線圈可提升檢測信號信噪比10％~40%。
　　針對超聲導(dǎo)波換熱管內(nèi)檢測遇到的難題，提出一種基于開放磁路的電磁超聲縱向?qū)Рz測方法，并分別研究不同材料換熱管的檢測機理，得到適用于非鐵磁性換熱管檢測的模態(tài)控

5、制方法，以及適用于鐵磁性換熱管檢測的基于斜向偏置磁場的信號增強方法。最后研制出換熱管電磁超聲縱向模態(tài)導(dǎo)波檢測傳感器，現(xiàn)場試驗初步應(yīng)用證明該技術(shù)的可行性，為換熱管內(nèi)檢測提供了一種新手段。
　　本論文的研究工作豐富了電磁超聲導(dǎo)波管道檢測的相關(guān)研究，也為國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T31211-2014無損檢測超聲導(dǎo)波檢測總則》和《GB/T28704-2012無損檢測磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測方法》的編制提供了重要的支持，有利于電磁超聲導(dǎo)波技術(shù)的推廣應(yīng)用