實驗名稱：充粘液管道損傷檢測

　　實驗原理：在(zai)管道上的傳感器激發一束超聲能(neng)量脈沖(chong)，此脈沖(chong)沿著管道長度方向(xiang)向(xiang)遠(yuan)處傳播(bo)(bo)，并充斥整個圓周方向(xiang)，在(zai)導波傳播(bo)(bo)過程中遇到(dao)缺陷時，入(ru)射波會在(zai)缺陷處發生反射、透射，由同一傳感器接(jie)(jie)受到(dao)入(ru)射信號(hao)和(he)缺陷回(hui)波信號(hao)，可得到(dao)接(jie)(jie)受到(dao)的入(ru)射波和(he)缺陷反射回(hui)波的時間差?t。若導波傳播(bo)(bo)速(su)度C(采用楊氏速(su)度)已知(zhi)，就可以估算出缺陷的位置。

　　缺陷(xian)(xian)的(de)(de)位置可(ke)由(you)缺陷(xian)(xian)反(fan)射(she)(she)(she)回(hui)波(bo)信號(hao)所被接(jie)受到的(de)(de)時間來確定，而缺陷(xian)(xian)的(de)(de)大(da)小則有(you)缺陷(xian)(xian)反(fan)射(she)(she)(she)回(hui)波(bo)信號(hao)的(de)(de)強度來確定，當(dang)缺陷(xian)(xian)的(de)(de)裂紋越大(da)，導波(bo)的(de)(de)缺陷(xian)(xian)反(fan)射(she)(she)(she)回(hui)波(bo)就大(da)，由(you)此用(yong)反(fan)射(she)(she)(she)系數來定量分析缺陷(xian)(xian)的(de)(de)大(da)小。

　　圖(tu)(tu)a實(shi)驗裝置示意圖(tu)(tu)

　　首先通(tong)過計算機編程生(sheng)成信(xin)號(hao)數(shu)據，通(tong)過USB接口發送到信(xin)號(hao)發生(sheng)器，生(sheng)成實驗所需的(de)(de)原(yuan)始激(ji)(ji)勵信(xin)號(hao)。信(xin)號(hao)發生(sheng)器通(tong)過ch1將原(yuan)始激(ji)(ji)勵信(xin)號(hao)輸(shu)入數(shu)字示(shi)波(bo)器，又通(tong)過ch2將激(ji)(ji)勵信(xin)號(hao)經過功率放(fang)(fang)大器放(fang)(fang)大后，驅動與功率放(fang)(fang)大器連接的(de)(de)壓電陶瓷(ci)環，使之產生(sheng)相應頻率的(de)(de)振(zhen)動，在(zai)管道中激(ji)(ji)勵出超聲導波(bo)并在(zai)管道中傳播。最(zui)后經壓電陶瓷(ci)應變片接收后輸(shu)入數(shu)字示(shi)波(bo)器形(xing)成端面回波(bo)波(bo)形(xing)。

　　超聲導波的(de)管道(dao)檢測實(shi)(shi)驗設備主要有信號發生器(qi)、功率放大器(qi)、傳感器(qi)、數字示(shi)(shi)波器(qi)以及計算(suan)機組成。實(shi)(shi)驗對象為一根(gen)4米長(chang)的(de)鋼管，鋼管外徑為88毫米，壁厚為4毫米。實(shi)(shi)驗裝置示(shi)(shi)意(yi)圖如圖a所示(shi)(shi)。

　　測試設備：信號發生器、ATA-M4功率(lv)放大器、壓電陶瓷、示波器、鋼管

　　圖b實驗被測件

　　實驗過程：本實驗主要的(de)(de)研(yan)究內容(rong)為(wei):(1)研(yan)究充(chong)粘(zhan)性(xing)(xing)液(ye)體(ti)(ti)管(guan)(guan)道中超(chao)聲導波(bo)的(de)(de)傳播特(te)性(xing)(xing)，并與充(chong)水管(guan)(guan)道和空管(guan)(guan)中超(chao)聲導波(bo)的(de)(de)傳播特(te)性(xing)(xing)進行比對;(2)研(yan)究充(chong)粘(zhan)性(xing)(xing)液(ye)體(ti)(ti)管(guan)(guan)道的(de)(de)超(chao)聲導波(bo)損(sun)傷檢測。在同一個一根長為(wei)4米，外徑(jing)為(wei)88毫米，壁(bi)厚(hou)為(wei)4毫米的(de)(de)鋼(gang)管(guan)(guan)上(shang)進行充(chong)機油、充(chong)水和空心鋼(gang)管(guan)(guan)實驗。擬定實驗步驟如下:

　　1、將壓電傳感器貼在(zai)管(guan)道(dao)上(shang)。在(zai)管(guan)道(dao)端部緊貼與(yu)管(guan)道(dao)截面相同的(de)壓電陶(tao)(tao)瓷環激(ji)勵導(dao)波，離壓電環10mm處的(de)管(guan)道(dao)外壁(bi)沿(yan)周(zhou)向(xiang)均布16個(ge)相同規格的(de)壓電陶(tao)(tao)瓷片(pian)接(jie)受導(dao)波:沿(yan)管(guan)道(dao)長度方向(xiang)，每隔25cm處的(de)管(guan)道(dao)外壁(bi)沿(yan)周(zhou)向(xiang)均布6個(ge)壓電陶(tao)(tao)瓷片(pian)跟蹤記錄導(dao)波傳播信號(hao)。

　　2、將所有實驗儀器連接(jie)好后，進(jin)行完好空管實驗。激勵信號(hao)的頻率從100KHz到40KHZ每10KHz為間(jian)隔測量一次，周期數為10和20。

　　3、將管(guan)道豎立，向鋼管(guan)里注滿水，然后再平放管(guan)道進行完(wan)好的充(chong)水管(guan)道實(shi)驗。如圖3-2-8所示(shi)為測量結束后將鋼管(guan)中水放出。

　　4、將管(guan)道(dao)再次豎(shu)立，向鋼管(guan)里注滿機油，然后再平放(fang)管(guan)道(dao)進行完(wan)好(hao)的充機油管(guan)道(dao)實

　　5、進行(xing)有缺(que)(que)陷(xian)(xian)的充機(ji)油管道(dao)實驗。利(li)用鋸(ju)弓在距離鋼(gang)管端部(bu)2m處加工(gong)三種缺(que)(que)陷(xian)(xian)，缺(que)(que)陷(xian)(xian)分(fen)別(bie)為(wei)環(huan)(huan)向(xiang)1/8圓(yuan)(yuan)弧(hu)(hu)、環(huan)(huan)向(xiang)3/16圓(yuan)(yuan)弧(hu)(hu)和環(huan)(huan)向(xiang)1/4圓(yuan)(yuan)弧(hu)(hu)。對這三種缺(que)(que)陷(xian)(xian)分(fen)別(bie)進行(xing)超聲(sheng)導波檢測。然(ran)后(hou)再將管中機(ji)油放出。

　　6、進(jin)行有缺陷的空(kong)心(xin)管道實驗(yan)。

　　7、進行有(you)缺(que)陷的充水管道實驗

　　實驗結果：通(tong)過對4米長無損傷充機(ji)油管道的(de)超(chao)聲(sheng)導(dao)波檢(jian)測，研究(jiu)中(zhong)心頻率與周期數對導(dao)波衰減程度、信(xin)號波峰值和(he)單一模態激發的(de)影響，來(lai)確定用來(lai)檢(jian)測有缺(que)陷的(de)充粘性液體的(de)管道的(de)超(chao)聲(sheng)導(dao)波導(dao)波的(de)最佳中(zhong)心頻率。

　　在10周期不變的情況(kuang)下，分別激(ji)發頻率40kHz、50kHz、60kHz、70kHz、80kHz、90kHz、100kHz的導波(bo)信號，如圖c至(zhi)圖i所示。

　　圖c充油管道在(zai)10周期40kHz頻率下時程曲(qu)線圖

　　圖d充油管道在10周(zhou)期50kHz頻率下(xia)時程曲線圖

　　圖e充(chong)油管道在10周期60kHz頻率下時程曲線圖

　　圖(tu)f充油(you)管道在10周期(qi)70kHz頻率(lv)下(xia)時(shi)程(cheng)曲(qu)線圖(tu)

　　圖(tu)g充(chong)油管道在10周期80kHz頻率下時程曲線圖(tu)

　　圖(tu)h充油管道在10周期90kHz頻率下時程曲線圖(tu)

　　圖(tu)(tu)i充油管(guan)道在10周(zhou)期100kHz頻率下時程曲線圖(tu)(tu)

　　由圖c至圖i所示的(de)導波(bo)的(de)時(shi)程曲線圖可(ke)得到，10周(zhou)(zhou)期(qi)70kHz頻率(lv)導波(bo)的(de)端(duan)面(mian)回波(bo)次數(shu)(shu)最(zui)多為(wei)六次，測其傳播距(ju)(ju)離(li)最(zui)遠(yuan)，并且激發(fa)出的(de)模(mo)態數(shu)(shu)最(zui)少，適(shi)合(he)(he)在充粘(zhan)性液(ye)(ye)體(ti)管道中(zhong)超聲導波(bo)檢測。如圖d所示在10周(zhou)(zhou)期(qi)50kHz下導波(bo)的(de)端(duan)面(mian)波(bo)次數(shu)(shu)為(wei)六次傳播距(ju)(ju)離(li)也較遠(yuan)，但其激發(fa)出的(de)模(mo)態數(shu)(shu)較多，故不適(shi)合(he)(he)在充粘(zhan)性液(ye)(ye)體(ti)管道中(zhong)超聲導波(bo)檢測，當(dang)周(zhou)(zhou)期(qi)數(shu)(shu)為(wei)20時(shi)，其在時(shi)域信號的(de)持續時(shi)間長，波(bo)形易疊(die)加，折中(zhong)取舍(she)，選取10周(zhou)(zhou)期(qi)的(de)信號進行實驗。

　　ATA-M4功率放大器是一款理想(xiang)的(de)單通道(dao)放大器。最(zui)大輸出345Vrms電(dian)壓(ya)，400VA功率，可驅(qu)動0~100%的(de)阻性或非阻性負(fu)載。輸出阻抗匹配多個檔位(wei)可選(xuan)，客戶可根據測試需(xu)求調節。

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