基于光纤超声波导的液体泄漏检测

摘要

随着社会的发展，管路与人们的生产生活息息相关。并且，随着管路规模的不断扩大，管路的安全问题日益凸显，尤其是管路的泄漏问题。为了及时发现、控制和处理管路泄漏，减少泄漏带来的各种损失，管路的泄漏检测显得尤为重要。虽然，现阶段关于管路泄漏检测的研究和应用有很多，但是这些方法往往都有各自的弊端，尤其是对于管路微小泄漏的检测和泄漏点的定位上，效果都不甚理想。因此，开展管路泄漏检测和泄漏点定位的研究具有很重要的意义。
　　超声波检测技术凭借其优良检测能力在无损检测领域取得极大的成功。光纤传感技术利用独特的体积优势已经应用于生产生活的各个领域。因此，本文提出了一种新型的液体泄漏检测方法，结合超声波优秀的感知探测能力和光纤在尺寸上的优势来对管路泄漏进行检测。具体工作包括以下几方面内容：
　　(1)本文首先介绍了超声波检测技术和光纤传感技术的发展现状和趋势，以及超声导波的基本理论，其中包括超声导波群速度和相速度的概念和计算方法，超声导波的频散性和多模态性，以及超声导波在圆柱杆中的传播特性，之后讨论了利用光纤超声波导进行液体泄漏检测所依据的基本理论弹性波的反射和折射，然后对光纤的结构和光纤通信的原理进行了阐述。
　　(2)搭建实验平台，介绍了实验中所需的实验设备，重点介绍了作为发射激励器和接收传感器的压电陶瓷的原理和特性，并根据本文实验的特点选择了合适的压电陶瓷。
　　(3)利用Matlab平台计算超声导波在光纤中传播时各个模态的频率方程，得到频散曲线，然后通过实验研究超声导波在光纤中的传播特性，并与理论计算得到的频散曲线对比，最终得到了超声波在光纤中传播的速度、模态特性、频散特性。之后实验研究了超声导波在光纤中传播的衰减特性，包括幅值随传播距离的衰减和随激励信号频率的衰减。
　　(4)通过实验研究光纤在遇水后，超声导波在光纤中的传播特性的变化，以及波形特征的变化，并利用时差法计算液体泄漏点位置。由此验证了利用超声光纤波导来进行液体泄漏检测以及泄漏点定位的可行性。

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第一章 绪论

1.1 研究工作的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 全文研究的主要工作及内容

第二章 光纤超声波导基本理论

2.1 超声导波基本理论

2.2 弹性波的反射和折射

2.3 光纤基本理论

2.4 本章小结

第三章 实验系统

3.1 函数发生器

3.2 压电陶瓷换能器

3.3 前置放大器

3.4 示波器

3.5 本章小结

第四章 超声导波在光纤中的传播和衰减特性研究

4.1 经验模态分解法

4.2 希尔伯特变换

4.3 激励信号的选择

4.4 光纤中导波传播特性研究

4.5 光纤中导波衰减特性研究

4.6 本章小结

第五章 液体泄漏检测及定位研究

5.1 液体泄漏检测研究

5.2 液体泄漏定位研究

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文工作总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间研究成果