基于电磁超声换能器的管道污物超声导波检测技术研究

摘要

管道中污物的存在降低了工业生产效率,同时也对工业生产安全和人类健康带来很大的威胁,因此管道污物的检测是石油、化工、食品等工业中一项迫切需要解决的问题。基于超声导波检测速度快、效率高、成本低、易于安装等特点,超声导波检测技术已广泛应用于无损检测中,而且已经通过压电换能器实现了对管道污物的检测。电磁超声换能器(EMAT)具有非接触,重复性好等特点,有望实现对管道污物的检测,并克服压电换能器的一些缺点。因此,本文研制了EMAT换能器,将其应用在管道污物的试验检测中。具体工作如下： (1)选择了适于管道污物检测的导波模态和频率,并在此基础上设计了EMAT换能器； (2)对EMAT换能器进行了阻抗匹配； (3)利用研制的EMAT换能器,分别对管道表面的大范围污物和局部污物进行了超声导波检测试验,并对两类污物采用了不同的分析方法； (4)利用EMAT-压电组合换能器,分别对管道表面的大范围污物和局部污物进行了超声导波检测试验。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1管道污物导波超声检测研究现状

1.2.2 EMAT换能器研究现状

1.3 本课题的研究来源及主要研究内容

第2章基本理论

2.1 超声导波基本理论

2.1.1 导波基本概念

2.1.2群速度和相速度

2.1.3导波的频散及多模态特性

2.1.4 圆管中的导波

2.2 电磁超声换能器

2.2.1洛仑兹力式EMAT换能器的工作原理

2.2.2磁致伸缩式EMAT换能器的工作原理

2.2.3 电磁超声换能器的特点

2.3本章小结

第3章电磁超声换能器(EMAT)的研制

3.1 EMAT换能器设计

3.1.1工作模态和频率选择

3.1.2工作磁场选择

3.1.3激励磁场设计与制作

3.1.4偏置磁场设计

3.1.5 EMAT换能器制作及初步试验

3.2 EMAT换能器阻抗匹配设计

3.2.1换能器阻抗匹配原理

3.2.2阻抗匹配电路分析

3.2.3阻抗匹配电路参数计算

3.2.4阻抗匹配后EMAT换能器超声导波检测试验

3.3 EMAT换能器性能分析与测试

3.3.1 EMAT换能器激励/接收位置标定

3.3.2 EMAT换能器频率特性测定

3.4本章小结

第4章EMAT换能器在管道污物检测中的应用

4.1 管道污物分类及超声导波检测原理

4.2 基于超声导波衰减的管道污物检测方法

4.2.1超声导波的衰减特性

4.2.2粘弹性材料中超声波的衰减特性

4.2.3污物管道的理论衰减曲线

4.3 基于超声导波衰减的管道大范围污物检测试验

4.3.1大范围污物检测试验方案

4.3.2基于导波衰减的管道大范围污物试验结果

4.4 管道局部污物超声导波检测试验

4.4.1局部污物检测试验方案

4.4.2局部污物检测试验结果

4.4.3小波滤波原理

4.4.4滤波处理后局部污物检测试验结果

4.5本章小结

第5章压电-EMAT组合换能器在管道污物检测中的应用

5.1试验方案

5.1.1 大范围污物层检测试验方案

5.1.2局部污物检测试验方案

5.2 大范围污物检测

5.3 局部污物检测

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢