實驗名稱：換流(liu)閥冷卻系(xi)統均(jun)壓電(dian)極(ji)結垢超聲導(dao)波檢測方法研(yan)究

　　研究(jiu)方向：無損檢測

　　測(ce)試(shi)目的(de)：

　　為了探究超(chao)聲導(dao)波(bo)檢測(ce)(ce)的靈敏度(du)(du)，本文構建了換(huan)(huan)流閥冷卻系(xi)統均(jun)壓電極結(jie)垢檢測(ce)(ce)模型，詳細分析了不同厚度(du)(du)水垢與聲波(bo)信號的交互(hu)過程(cheng)。針對在役充液管道檢測(ce)(ce)時(shi)復雜的工(gong)況，研究了導(dao)波(bo)模態識別技術和信號去(qu)噪(zao)技術，從而(er)建立了回波(bo)信號衰減、模態轉換(huan)(huan)等信息(xi)隨污垢厚度(du)(du)的變化函數。最后構建了一(yi)套換(huan)(huan)流閥均(jun)壓電極結(jie)垢超(chao)聲導(dao)波(bo)檢測(ce)(ce)實驗(yan)系(xi)統，實驗(yan)結(jie)果表明，基于L(0，2)超聲導波回(hui)波特性的(de)(de)在線結(jie)垢檢(jian)(jian)測(ce)精度達0.1mm，為換流(liu)閥均(jun)壓(ya)電(dian)極(ji)結(jie)垢檢(jian)(jian)測(ce)提供了一種高效(xiao)的(de)(de)方法。

　　測試設備：功率放大器ATA-4011、收發一體式超聲換能器、激勵探頭、前置放大器、任意波形發生器和示波器等。

實驗過程：

圖：實(shi)驗設計示(shi)意圖

　　搭建實(shi)驗系統，換(huan)流閥冷卻(que)系統均(jun)壓電(dian)極檢(jian)測實(shi)驗安排(pai)示意圖(tu)如上圖(tu)所示。其(qi)中(zhong)匯流管道和均(jun)壓電(dian)極尺寸均(jun)根據遼陽換(huan)流站冷卻(que)系統實(shi)際尺寸數據一致(zhi)，管道內徑為54mm，外徑為60mm，內部填充有靜態水。在任意波形信號發生器中導入經過hanning窗調制的五周期中心頻率為150kHz激勵信號，通過功率放大器放大后加載于布置在管道端部的激勵探頭上，激勵形成L(0，2)縱向超聲導波并(bing)與鉑(bo)電極進(jin)(jin)行交互，接(jie)收到的導波信(xin)號由前置(zhi)放(fang)大器放(fang)大后(hou)由示波器顯示，并(bing)提取到PC上進(jin)(jin)行去噪和模(mo)態時(shi)別處理。

圖：實驗(yan)系統(tong)

　　為(wei)進(jin)一(yi)步研究基于(yu)縱(zong)向導波回波特性的均(jun)壓(ya)電極結垢檢測方法有效性，在實際水管管道(dao)上進(jin)行了實驗?實驗管道(dao)內(nei)徑為(wei)54mm，外徑為60mm，內部填充有靜態水，實驗管道的幾何尺寸和材料特性均與上文數值仿真所用參數相同?斜楔體及超聲探頭布置在管道端部，均壓電極設置在管道中心，距探頭約300mm，實驗主要考慮9種尺寸均相同的均壓電極結垢狀態：0.1~0.8mm步長為0.1mm設置結垢及無結垢狀態作為對照組?

　　實驗結果：

圖：實(shi)驗中的(de)回波信號

　　上圖(tu)為(wei)實驗(yan)中(zhong)接收到(dao)的(de)9種結垢狀態回波信號?圖中第一個紅圈標注為主模態L(0，2)，第二個紅(hong)圈標注為轉(zhuan)換模態，與仿真(zhen)分析的模態時序(xu)和幅值變化規律一(yi)致(zhi)?

　　對(dui)回波信(xin)號做(zuo)模(mo)態分析，最終(zhong)可獲(huo)得(de)這些縱向導波與不(bu)同(tong)結垢狀(zhuang)態均壓(ya)電極交互過程聲波傳播特性(xing)?不(bu)同(tong)厚度結垢均壓(ya)電極回波信號可以得(de)出L(0，2)模態(tai)和模態(tai)轉換信(xin)號對均壓電極(ji)厚度敏感，隨著厚(hou)度變化呈現一定的變化趨勢，根據L(0，2)模(mo)態(tai)和(he)模(mo)態(tai)轉換信號幅值與水垢厚度實驗結果繪制關系曲線，進(jin)一步得出超聲導波檢(jian)測均壓電極厚度靈敏度與準確性?

圖：實(shi)驗數據的分析結果

　　針對實(shi)驗結(jie)果的分析如上圖所示，由圖(tu)可得，同(tong)數值模擬的(de)結果一致，均壓電極結垢物厚度增加時L(0，2)反射信號和(he)模態(tai)轉(zhuan)換(huan)信號幅(fu)值均隨(sui)著(zhu)厚度的增加呈下降(jiang)趨勢，其(qi)衰減(jian)幅度與厚度呈正比關系，主模(mo)態(tai)和轉換模(mo)態(tai)之(zhi)間的能量差值減(jian)小?

　　從(cong)曲線得出有無結垢(gou)差異明顯，0.4mm以上污垢厚度差異較小，表明超聲(sheng)導波檢測法對較薄污(wu)垢識別效果良好，能(neng)適(shi)用于換流站閥(fa)冷(leng)系統均壓電極結垢檢測?轉換模態可以(yi)提供缺陷的特征信息(xi)，而主模態(tai)L(0，2)反射信號(hao)和轉(zhuan)換模態(tai)分量變化趨勢相同，且其變化隨(sui)著厚度增加更加敏感，這說明在實際應用(yong)中可(ke)以考慮直(zhi)接使用(yong)主模態反射信(xin)號進行檢驗(yan)分析?

　　安泰ATA-4011B高壓功率放大器：

圖：ATA-4011B高壓功率放大器指標參數

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