實驗名稱：充(chong)粘液管道損傷檢測的(de)實驗(yan)研(yan)究

　　研究方向：目(mu)前(qian)，管(guan)(guan)(guan)道已被廣泛用于石油(you)天然氣、化工(gong)(gong)、煤礦、城市供(gong)(gong)(gong)水、供(gong)(gong)(gong)氣、供(gong)(gong)(gong)熱、排污等工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)。在(zai)油(you)氣運輸(shu)和危(wei)化品運輸(shu)中管(guan)(guan)(guan)道運輸(shu)越來越扮演主要角色，同時(shi)管(guan)(guan)(guan)道還是市基(ji)礎設施的(de)重(zhong)要組成(cheng)部分(fen)。只要有(you)管(guan)(guan)(guan)道應用，就需要有(you)管(guan)(guan)(guan)道檢測(ce)，隨著我(wo)國管(guan)(guan)(guan)道工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)的(de)逐步擴展，如何有(you)效、快速(su)的(de)對現有(you)管(guan)(guan)(guan)道以(yi)及即將建(jian)成(cheng)的(de)管(guan)(guan)(guan)道系(xi)統提供(gong)(gong)(gong)良好的(de)檢測(ce)，已經成(cheng)為管(guan)(guan)(guan)道行業(ye)的(de)亟待(dai)解決的(de)問題之(zhi)一。

　　實驗目的：對(dui)(dui)充(chong)(chong)粘(zhan)性(xing)液(ye)(ye)體(ti)管(guan)(guan)道(dao)(dao)進(jin)(jin)行了損(sun)傷檢測的實驗研究。首先，對(dui)(dui)充(chong)(chong)機油的超聲(sheng)導(dao)波(bo)(bo)傳播特性(xing)進(jin)(jin)行實驗研究，對(dui)(dui)最(zui)佳(jia)激勵(li)信號為(wei)10周期的70KHZ的信號進(jin)(jin)行驗證并對(dui)(dui)空心管(guan)(guan)道(dao)(dao)和充(chong)(chong)水管(guan)(guan)道(dao)(dao)的超聲(sheng)導(dao)波(bo)(bo)傳播特性(xing)進(jin)(jin)行比對(dui)(dui)分(fen)析，對(dui)(dui)充(chong)(chong)粘(zhan)性(xing)液(ye)(ye)體(ti)管(guan)(guan)道(dao)(dao)進(jin)(jin)行了超聲(sheng)導(dao)波(bo)(bo)損(sun)傷檢測實驗研究。計算(suan)了充(chong)(chong)粘(zhan)性(xing)液(ye)(ye)體(ti)管(guan)(guan)道(dao)(dao)缺陷的位置。

　　測試設備：函數/任意波形發生(sheng)器、功率放大器(ATA-8202)、數字示波器(TDS3024)、壓電環、壓電式傳(chuan)感(gan)、管道。

　　實驗過程：本次實驗(yan)主(zhu)要是研(yan)究內容為(wei)(wei)(wei)：(1)研(yan)究充粘性液體(ti)管(guan)道中(zhong)超聲(sheng)(sheng)導(dao)(dao)波的(de)(de)傳播特(te)性，并與充水管(guan)道和(he)空管(guan)中(zhong)超聲(sheng)(sheng)導(dao)(dao)波的(de)(de)傳播特(te)性進(jin)行比對(dui);(2)研(yan)究充粘性液體(ti)管(guan)道的(de)(de)超聲(sheng)(sheng)導(dao)(dao)波損傷檢測。在同一個一根長為(wei)(wei)(wei)4米，外徑為(wei)(wei)(wei)88毫(hao)米，壁厚為(wei)(wei)(wei)4毫(hao)米的(de)(de)鋼管(guan)(如圖3-2-7所(suo)示)

　　上(shang)進行充機油、充水和空心鋼管(guan)(guan)實(shi)驗。擬定實(shi)驗步驟(zou)如下:1、將壓電傳(chuan)感(gan)器貼在管(guan)(guan)道(dao)(dao)上(shang)。在管(guan)(guan)道(dao)(dao)端部(bu)緊貼與(yu)管(guan)(guan)道(dao)(dao)截面相(xiang)同的(de)(de)壓電陶瓷環激(ji)勵(li)導(dao)波，離壓電環10mm處(chu)的(de)(de)管(guan)(guan)道(dao)(dao)外壁沿周(zhou)向(xiang)均布16個(ge)相(xiang)同規格的(de)(de)壓電陶瓷片接(jie)受導(dao)波;沿管(guan)(guan)道(dao)(dao)長度方向(xiang)，每(mei)隔(ge)25cm處(chu)的(de)(de)管(guan)(guan)道(dao)(dao)外壁沿周(zhou)向(xiang)均布6個(ge)壓電陶瓷片跟蹤記錄導(dao)波傳(chuan)播(bo)信(xin)號。2、將所有實(shi)驗儀器連接(jie)好后(hou)，進行完好空管(guan)(guan)實(shi)驗。激(ji)勵(li)信(xin)號的(de)(de)頻(pin)率(lv)從40KHZ到100KHZ每(mei)10KHZ為間隔(ge)測量(liang)一次(ci)，周(zhou)期數為10和20。

　　3、將(jiang)管道豎立，向鋼管里注滿水，然(ran)后(hou)再平(ping)放管道進行(xing)完(wan)好(hao)的充水管道實驗。如圖3-2-8所(suo)示(shi)為(wei)測(ce)量(liang)結束后(hou)將(jiang)鋼管中水放出。

　　4、將管道(dao)(dao)(dao)再(zai)次(ci)豎(shu)立，向鋼管里注滿機油(you)，然后(hou)再(zai)平放管道(dao)(dao)(dao)進行(xing)完好的(de)充機油(you)管道(dao)(dao)(dao)實

　　5、進行有缺陷的(de)充(chong)機油管道實驗。利用鋸(ju)弓(gong)在距離鋼管端部2m處(chu)加工三種(zhong)缺陷，缺陷分別為環(huan)向1/8圓弧(hu)(hu)、環(huan)向3/16圓弧(hu)(hu)和(he)環(huan)向1/4圓弧(hu)(hu)，。對這三種(zhong)缺陷分別進行超聲導(dao)波檢測(ce)。然后再(zai)將管中機油放出，如圖3-2-9所示。

　　6、進行(xing)有缺陷(xian)的空心管道實驗。

　　7、進行(xing)有缺(que)陷的充水(shui)管道實驗(yan)。

　　在(zai)實驗中(zhong)(zhong)激(ji)(ji)勵(li)信(xin)(xin)(xin)(xin)號的(de)選取(qu)尤為(wei)關鍵，既要(yao)避(bi)免發(fa)生頻(pin)(pin)散(san)現(xian)(xian)象(xiang)，又要(yao)控制(zhi)模態數量，好是(shi)單(dan)(dan)模態。為(wei)了降低(di)在(zai)傳播(bo)過(guo)程出現(xian)(xian)中(zhong)(zhong)頻(pin)(pin)散(san)現(xian)(xian)象(xiang)，理論上激(ji)(ji)勵(li)信(xin)(xin)(xin)(xin)號應選取(qu)單(dan)(dan)頻(pin)(pin)信(xin)(xin)(xin)(xin)號。但嚴(yan)格的(de)單(dan)(dan)頻(pin)(pin)信(xin)(xin)(xin)(xin)號很難產生，在(zai)實際激(ji)(ji)勵(li)導(dao)波的(de)過(guo)程中(zhong)(zhong)，通常是(shi)取(qu)多個周期的(de)單(dan)(dan)音頻(pin)(pin)信(xin)(xin)(xin)(xin)號加窗(chuang)調(diao)制(zhi)，這樣(yang)發(fa)出的(de)激(ji)(ji)勵(li)信(xin)(xin)(xin)(xin)號就是(shi)以單(dan)(dan)音頻(pin)(pin)信(xin)(xin)(xin)(xin)號為(wei)中(zhong)(zhong)心(xin)頻(pin)(pin)率的(de)一族頻(pin)(pin)率不同的(de)信(xin)(xin)(xin)(xin)號。本實驗用的(de)是(shi)Hanning窗(chuang)函數。

　　其中n為周期數(shu)，這里(li)w2πx，為了研究信(xin)(xin)號(hao)周期數(shu)對(dui)檢測結果的(de)影(ying)響，實驗中分別編制了10周期和20周期的(de)Hanning窗調制信(xin)(xin)號(hao)，進行對(dui)比分析(xi)，選出最佳激勵信(xin)(xin)號(hao)的(de)周期數(shu)，如圖3-3-1所(suo)示

　　通過對4米長無(wu)損傷充機油(you)管道的(de)(de)超聲導波(bo)檢測(ce)，研究中心頻(pin)率與周(zhou)期數(shu)對導波(bo)衰減程度、信號波(bo)峰值和單(dan)一(yi)模態激發的(de)(de)影響，來確(que)定(ding)用(yong)來檢測(ce)有(you)缺陷的(de)(de)充粘性液體的(de)(de)管道的(de)(de)超聲導波(bo)導波(bo)的(de)(de)最佳中心頻(pin)率。

　　實(shi)驗結果：在10周期不變(bian)的情況(kuang)下，分別激發頻(pin)率(lv)40kHz、50kHz、60kHz、70kHz、80kHz、90kHz、100kHz的導波信號。

　　根據圖(tu)3-3-2至圖(tu)3-3-8所示(shi)的(de)(de)導波(bo)的(de)(de)時程曲線圖(tu)，取(qu)各個頻率下的(de)(de)超聲導波(bo)第一次端(duan)面回波(bo)峰(feng)值(第一次回波(bo)的(de)(de)最大(da)值與最小值絕(jue)對值之和(he)的(de)(de)一半)，繪制圖(tu)3-3-9。

　　從圖3-3-9中可以看(kan)出，當周期數(shu)為10時(shi)，在40-100kHz這段頻率(lv)范圍內，超聲導波的第一次(ci)端面(mian)回波峰值(zhi)在70kHz附近達到最大(da),即在70kHz左(zuo)右的超聲導波在充粘液管道中傳播(bo)幅值(zhi)最大(da)。

　　綜上所述(shu)，比較(jiao)理(li)想的檢(jian)測(ce)周期(qi)數為(wei)10，頻率為(wei)70KHZ。該(gai)信號的導(dao)波為(wei)充粘(zhan)性液(ye)體管(guan)道中超聲(sheng)導(dao)波檢(jian)測(ce)的最佳激勵(li)信號。

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