海底超声检测装置标验与率定设备的开发

摘要

本文依托于国家863计划资助项目“油气输送管线检测装置标验及率定关键技术研究”(项目编号：2006AA092324)，开发研制一套用于标验与率定海底管道超声检测装置的设备。近年来我国海底管道铺设里程不断增加，由于腐蚀、形变等原因造成的管道泄漏事故时有发生，胜利石油管理局为此研制完成了具有我国独立知识产权的海底管道超声检测装置，实现了对在役长距离海底管道的检测。但是海底管道超声装置在进入现役管道进行检测之前，要进行装置的标验和率定工作。我国目前尚没有承接此类装置的大规模的标检和率定工作站。为此，我设计了该套标验装置。它便于实现在原装置运行前对每个探头的性能指标进行校准，以完成对探头的筛选工作，保证所选取的超声探头的一致性。此外它还可以帮助我们定量的分析不同的介质、温度等环境影响因素对超声探头分辨率等性能参数的影响，在此基础上还可以制定相关的标准，用来作为以后筛选和选用探头的依据。 在整套标验设备的设计过程中，我们主要设计开发了超声波探头环以及率定试验台、硬件电路和数据采集系统。探头环的设计主要是依据实际检测环境与要求，来选择合适的超声波探头的性能参数和排列方式。率定试验台可以用来模拟检测现场的环境，如介质温度、不同介质、管壁油垢厚度等。硬件电路主要是在保证一定的信噪比的前提下设计了基于CPLD的超声波探头的激励电路和回波信号的放大电路。数据采集系统是利用PCI-5105数据采集卡实现对回波信号的采集，并在采集后对数据进行压缩。 本文分析了当前国内外管道检测技术的发展现状，介绍了选取合适性能参数超声波探头的过程，完成了探头环及率定台的设计，详细阐述了所设计的硬件电路和数据采集系统的设计原则和结构构成。最后，本文总结了目前取得的成果，并指出了未来研究的方向。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1论文选题的目的和意义

1.2管道缺陷无损检测方法

1.3超声波检测的特点

1.4海底管道超声检测装置标验与率定设备的系统构成

1.5本文的主要研究内容

第二章管道缺陷超声波检测技术

2.1超声波的基本性质

2.1.1描述超声波与超声场的参量

2.1.2超声波垂直入射到水平界面上透射和反射的规律

2.1.3超声波在传播过程中的衰减

2.2超声波检测原理

2.2.1超声波缺陷检测原理

2.2.2超声波检测装置概述

2.3超声探头环的设计

2.4超声检测探头及探头阵列的设计

2.5率定试验台的设计

2.5.1率定试验台设计的原则

2.5.2海底管道超声检测装置标验与率定设备的率定试验台设计

2.6本章小结

第三章超声探头性能指标的选取

3.1超声探头的结构

3.2探头基本参数的选择

3.2.1频率的选择

3.2.2压电晶片尺寸的选择

3.2.3探头类型的选择

3.3本章小结

第四章超声探头激励电路与回波信号放大电路的设计与开发

4.1超声探头激励电路的设计

4.1.1 CPLD概述

4.1.2 CPLD的开发软件

4.1.3 XD9500系列CPLD的性能特点

4.1.4基于CPLD的超声激励电路设计

4.2回波放大电路的设计

4.3实验结果分析

4.4电平转换电路设计

4.5本章小结

第五章 基于虚拟仪器的数据采集系统

5.1虚拟仪器的构成与特点

5.1.1虚拟仪器系统的硬件构成

5.1.2虚拟仪器系统的软件构成

5.1.3虚拟仪器技术的优势：

5.1.4虚拟仪器系统集成的一般步骤与方法

5.2超声信号采集模块的资源配置及技术性能说明

5.2.1数据采集卡选取

5.2.2 NI PCI-5105驱动软件的安装

5.2.3超声波采集程序设计

5.3本章小结

第六章超声波回波数据压缩的研究

6.1 Huffman编码

6.2 LZW编码

6.3小波压缩

6.3.1小波变换的基本理论

6.3.2多分辨率分析

6.3.3 Mallat算法

6.3.4离散小波变换在超声波缺陷信号压缩中的应用

6.4超声波数据压缩模块详细设计

6.5本章小结

总结与展望

参考文献

附录 电平转换电路图

致谢

攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况说明