米字梁聲檢波器設(shè)計及在管道內(nèi)檢測器地面標(biāo)記中的應(yīng)用研究.pdf

1、管道運輸以其密閉、安全、不間斷、成本低廉等優(yōu)勢成為世界范圍內(nèi)油氣資源運輸?shù)闹饕绞?。在管道運行過程中管道壁被腐蝕引起的管道泄漏是各類管道事故的主要誘因，管道內(nèi)檢測器在線監(jiān)測技術(shù)是目前使用最為廣泛的管道壁腐蝕檢測手段。管道內(nèi)檢測器作業(yè)時通過對自身行進(jìn)距離的測量建立距離和缺陷信息的對應(yīng)關(guān)系，為管道維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。內(nèi)檢測器對其運行距離的測量誤差會隨著管道長度的增加而不斷累積，最終將使得對管道壁缺陷的定位失去實際意義。因此對管道進(jìn)行內(nèi)檢測時，

2、通常采用地面標(biāo)記技術(shù)每隔一段距離對內(nèi)檢測器的位置信息進(jìn)行一次重新標(biāo)記，修正內(nèi)檢測器的距離測量結(jié)果，確保對管壁缺陷信息的定位精度。
　　針對內(nèi)檢測器地面標(biāo)記的工程需求，本文研究設(shè)計了一種利用聲學(xué)原理進(jìn)行地面標(biāo)記的米字梁多軸聲檢波器，該檢波器結(jié)合仿生原理和壓阻效應(yīng)采用MEMS工藝設(shè)計而成。論文在研究內(nèi)檢測器運行過程中發(fā)聲來源和土介質(zhì)中聲波的傳播規(guī)律的基礎(chǔ)上，圍繞米字梁檢波器的設(shè)計，重點介紹了米字梁檢波器的仿生機(jī)理和拾振原理，對建立的米

3、字梁微結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了有限元仿真，確定了微結(jié)構(gòu)的幾何尺寸和微加工工藝流程；設(shè)計了包括電源模塊、前置放大電路和濾波電路的信號調(diào)理電路，并對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了封裝，制作完成了米字梁聲檢波器的模型樣機(jī)。在實驗室對米字梁檢波器的靈敏度和指向性進(jìn)行了振動臺測試，測試結(jié)果表明該檢波器靈敏度約為60mV/g，同時具有良好的8字余弦指向性。
　　在完成米字梁檢波器實驗室性能測試后，針對地面標(biāo)記的具體應(yīng)用環(huán)境對米字梁檢波器在土介質(zhì)中的聲信號獲取能力和定向

4、能力又進(jìn)行了實地測試。測試過程中為了增加檢波器和土介質(zhì)的耦合程度，提出了一種三尾椎耦合架裝置，試驗結(jié)果表明該耦合裝置可以有效提高檢波器在土介質(zhì)中采集信號的靈敏度和信噪比，檢波器的聲源定向誤差因此減小2°。針對米字梁聲檢波器一個結(jié)構(gòu)、多路輸出的特點，本文研究了一種利用正交兩路輸出信號比值確定內(nèi)檢測器經(jīng)過標(biāo)記點時間以及通過雙坐標(biāo)對半平面內(nèi)聲源進(jìn)行方位估計的新思路。
　　本文最后搭建管道內(nèi)檢測器地面標(biāo)記的模擬試驗裝置對設(shè)計的檢波器結(jié)構(gòu)以