基于导波能量差的管道缺陷周向定位实验研究

针对超声导波检测需通过对回波信号进行分析而得到管道健康信息,而无法反映缺陷的周向位置信息的问题。文中采用超声导波方法对管道缺陷周向定位进行了研究,分析了超声导波在管道中遇缺陷后的能量分布,以及周向定位的原理。根据F(1,3)模态导波周向波数只有一个的特性,提出了象限能量差定位缺陷方法,并对该方法进行了实验研究,结果表明,方法可以准确地判定出缺陷所在周向位置。     

基于导波模态对称曲线的管道近焊区缺陷识别

研究了模态对称曲线辅助识别管道近焊区缺陷的可行性。通过建立导波检测系统,基于导波模态对称检测理论,设计模态对称算法并绘制模态对称曲线,用于管道近焊区缺陷的识别,采集管道近焊区缺陷试验信号进行分析。结果表明,管道近焊区导波模态对称曲线幅值在缺陷处升高,且随着缺陷的截面积比的加大而增高。通过对回波信号进行小波包能量谱分析,发现回波信号的能量在缺陷处聚焦,验证了用模态对称曲线辅助识别管道近焊区缺陷的有效性。     

基于模态对称算法的直管道导波缺陷检测研究

针对直管道超声导波检测较难靠近管道结构处缺陷的问题,研究并设计了模态对称算法用于抽离回波信号中的非对称模态,对处理得到的模态对称曲线信息进行分析并评估管道结构处的健康状况。同时,建立管道试验系统对管道近焊缝处的裂纹回波进行采集,通过处理发现带缺陷处的模态对称曲线出现明显升高,加大裂纹缺陷,发现模态对称曲线幅值随缺陷的圆周对称度的增大而升高。该方法为避免管道缺陷的漏检提供了新的技术支持,且实现了利用导波技术对直管道结构处的区域进行准确诊断。     

基于压电超声导波的管道缺陷检测数值模拟

建立了压电材料与管道结构的超声与机械多物理场耦合有限元数值分析模型,采用ANSYS数值分析软件,在认识管道中导波频散特性的基础上,对利用压电陶瓷(PZT)激发的纵向导波进行数值模拟,探究压电超声用于管道损伤识别的机理。在管道模型的自由端周向分布16个PZT激励器激发入射导波,运用与之相距50mm处的PZT接收检测信号,对不同尺寸的单裂纹管道模型进行了数值模拟。结果表明,运用纵向导波检测能准确识别出管道缺陷的存在,且回波的幅值与缺陷尺寸有明显的正相关性,对接收信号时程进行分析可较准确地定位缺陷位置。     

超声导波信号形态分量分析方法研究

超声导波无损检测技术由于其传播距离远、检测范围大等优良性能,被广泛应用于航空航天、油气管道、压力容器等领域的检测.由于沿波导的长距离传播,超声导波除了有一般体波的特点外,还具有频散和多模态特性,该特性极大地限制了超声导波的检测效果,增大了特征识别的困难.开展针对超声导波频散和多模态特性的研究具有重要的理论和现实意义.本文通过分析超声导波频散和多模态特性的特点,提出从导波信号处理角度出发,采用形态分量分析的信号处理技术,深入研究导波信号的形态分解问题,并通过实验信号对方法的有效性进行了验证,为解决频散和多模态的影响以及为复杂导波信号的分析提供关键技术.     

基于超声导波的水下管道缺陷检测

文中介绍一套可拆式传感器系统设计与制作,利用超声导波原理对水下管道的腐蚀进行检测,基于厚度剪切模式的压电陶瓷和可拆式固定装置组成,可拆式传感器系统包括传感器PZT特别设计,并且可以把传感器装置夹在要检测的管道上。当对水下设备的管道进行了一系列的测试,结果表明传感器系统能够有效地激发和接收T（0,1）模式的超声导波,由于T（0,1）模式超声导波能够在水下管道上长距离传播,因此适用于缺陷检测。人为缺口的回波信号与缺口的尺寸以及位置具有良好的相关性。研究表明这一可拆式传感器系统能够利用导波有效地对水下管道进行检测。     

基于模态分离算法的管道焊缝缺陷周向定位研究

针对管道焊缝质量的检测问题,研究了一种基于超声导波的管道环焊缝缺陷周向定位方法,可快速确定管道焊缝中的缺陷周向位置。该方法基于超声导波模态分离算法,分离出焊缝回波信号中的对称、非对称模态,提取对称、非对称模态峰值,并利用非对称模态与焊缝中非对称缺陷的对应关系,确定缺陷所在周向位置。通过试验验证了该方法的正确性,并总结出可检测缺陷的范围。     

超声导波管道诊断仪系统主机的实现

本系统主机主要有三个功能:首先,产生一脉冲激励源,其中心频率、周期数、幅值、重复频率等参数均可设置以适用于超声导波信号特征,并进行信号处理、功率放大,从而驱动负载产生超声导波,以实现对被检测管道的激励;其次,实现对传感器输出的信号调理、数据采集、数据保存及数据传输;最后,实现其它辅助功能。本文详细阐述了超声导波脉冲激励源及多通道高速数据采集的实现。     

复合层合梁层裂损伤与超声导波的相互作用研究

基于谱有限元法(SFEM),建立了压电晶片驱动/传感与各向异性层状复合梁耦合的谱有限元模型,数值模拟研究了耦合系统超声导波的激发、传播特征,并分析了导波与损伤的相互作用。模型中复合梁采用铁木辛柯梁理论、压电晶片层采用欧拉伯努利梁理论,利用哈密顿原理得到梁/压电晶片的时域耦合运动控制方程和边界条件,通过快速傅里叶变换将耦合运动控制方程转换至频域可导出谱有限元模型。与有限元分析结果比较表明,所建模型可精确模拟复合梁中导波的传播且计算效率高。进而分析了导波和层裂损伤的相互作用,结果表明导波在缺陷处会产生反射,且反射信号到达压电传感器的时间和幅值与缺陷的位置及长度有关。     

电磁导波能量压缩式脉冲激励方法研究

电磁导波检测技术因其非接触耦合特性而被广泛应用于各种类型金属管道的损伤检测,但较低的激发效率却导致电磁导波信号能量传递范围有限,限制了其在长管道和结构复杂管道方面的应用。为提高电磁导波换能效率,本文摒弃了脉冲发生器和功率放大器相组合的激励源结构,提出了一种以能量压缩原理为核心的脉冲激发方法,在空间和时间上压缩存储于电容中的能量来提高激发信号强度,并确定了脉冲形成回路参数的选取规则。实验证明该方法可以有效增加电磁导波激发信号幅值。     

灌浆缺陷套筒应力波传播数值模拟研究

灌浆套筒是装配式混凝土结构的关键连接部件,内部灌浆缺陷会严重影响结构力学性能。该文利用机电耦合数值模拟法对基于压电陶瓷驱动下灌浆缺陷套筒内应力波传播特性进行了研究。通过对比健康状况和设置有不同程度灌浆缺陷的套筒模型上的压电陶瓷片测量电压幅值,分析了缺陷与测量信号的关系,并定义了缺陷评价指标评估套筒灌浆缺陷程度。结果表明,套筒灌浆缺陷导致压电片接收压电幅值显著增大。所定义的缺陷评价指标能有效识别套筒内部的灌浆缺陷,基于粘贴压电传感器的应力波测量了用于反映套筒灌浆缺陷的影响。     

基于表面波增强效应的圆柱表面缺陷检测方法研究

激光照射金属圆柱表面激发出的声表面波,在沿圆柱表面传播过程中产生色散和相移,并在表面缺陷前沿处幅值会有显著增强的现象,为表面缺陷的检测提供了新途径。基于激光激发的声表面波这一现象,提出通过扫描检测点的方法确定缺陷的位置,给出了表面波在表面缺陷附近的传播路径和缺陷深度计算公式。数值研究表明:(1)相对于脉冲回波法,扫查检测点方法提高了缺陷检测的位置精度,有效减小了圆柱表面波传播过程的色散和频移现象对缺陷位置精度的影响。(2)当缺陷深度范围为1~2 mm,通过给出的缺陷深度计算公式得到仿真缺陷深度与实际缺陷深度之间的误差控制在6 %以内,验证了提出的缺陷深度计算公式的有效性。以上研究结果为应用表面波检测圆柱类零件表面缺陷提供了有价值的参考。     

“钢-铅”粘接结构非接触激光超声检测方法

为了解决核工业领域防辐射用钢铅粘接结构的非接触、高精度无损检测问题,研究激光超声检测方法。建立了粘接结构模型,分析了激光超声的传播及脱粘导致的声波反射和衰减;实验测量了良好粘接与脱粘处的窄带激光超声信号,观测到脱粘导致的界面反射信号幅度变化;分析得出表征脱粘的激光超声反射系数与声波频率和测量位置的关系;通过激光超声C扫描方法实现模拟脱粘试样的检测与成像。研究表明:激光超声方法可以实现两层钢铅粘接结构脱粘的成像检测,在核工业防辐射结构检测中具有应用前景。     

基于二进制编码的管道缺陷超声检测方法研究

脉冲信号激励的超声波用于管道缺陷检测时,存在平均发射声功率小及探测信号频带单一的局限,且在多发多收的阵列检测场合,很难确定接收回波的发射源,不利于被测体全声场的声学特征参数解算。为此,提出了采用正弦波频率调制的二进制超声编码方法检测管道缺陷。建立传感器编码激励响应的数学模型,通过仿真得到了传感器在不同激励频率、分数带宽和码位数下的幅频响应规律,并实现了对接收信号的有效区分和发射声源的有效标识。将该方法用于管道缺陷的超声检测,实现了管道不同种类缺陷的有效检出和发射声源的有效标识,并分析了二进制编码激励方式下缺陷对不同频带的敏感性。统计结果表明,2~4位码对管道渗漏孔和裂纹缺陷的检出率高于62%,对回波信号的标识正确率高于97%。     

相移迁移法在激光超声合成孔径聚焦技术中的应用

通过分析脉冲源激光辐照于工件表面激发的多模式、宽带超声体波信号并结合合成孔径聚焦技术(SAFT),实现了对工件内部微小缺陷的检测、定位和成像。首先基于有限元仿真模拟了激光激发超声波在含缺陷样品中的传播过程,编写了基于相移迁移法(PSM)的SAFT成像算法,然后在实验中使用激光在含缺陷样品表面激发超声波,使用激光测振仪探测超声波,并基于已有算法和探测结果对样品内缺陷进行了检测和定位,以验证算法的正确性。有限元仿真以及实验结果均表明,将激光超声技术与频域SAFT-PSM结合,能够有效地对微小缺陷进行检测和定位,且其图像重构速度快于时域SAFT,可为激光超声无损检测提供更快速的实时技术方案。