井口高压管汇超声测厚方法与系统

摘要

管道广泛应用于液体、气体介质的远距离传输,成为第五种新兴运输方式。我国近一半的管道在役工作20年以上,全球近50％以上的管网区域老化,管道泄漏爆炸等事故时有发生。管汇是高压管道中最易发生壁厚减薄的部位,在役壁厚监测十分必要,本文提出和研究了电磁超声和干耦合压电超声测厚方法,开发出相应的监测系统。
　　首先,通过理论及系列实验,分析了电磁超声检测探头各项结构参数对测厚信号的影响,以获得最高灵敏度为目标,优化了激励线圈结构尺寸和偏置磁场实施方式,研制了基于压电的电磁超声检测系统,分析了其在高压管汇检测中的可行性。
　　由于电磁超声对某些管汇材料检测的信噪比低,研究了干耦合压电超声测厚方法。为研究干耦合材料的声学透射率,提出了一种基于超声回波测量材料阻抗的方法,推导出材料透射率的计算公式,实验研究了频率、材料厚度与透射率的关系,发现管汇材料对透射率影响较大,实验中被测铝、铜、铸铁的透射率依次减小。为此,选取了适宜管汇的干耦合带材及其厚度。
　　设计了高压管汇壁厚的干耦合超声监测系统。设计了一种高压管汇干耦合探头及其安装结构。该系统能对多个探头进行同步控制,现场实验表明:传输距离对监测信号的衰减小、控制系统稳定、管汇表面凸凹不平对测厚信号衰减作用小,实验及现场应用证明该系统能有效实现高压管汇壁厚的在线连续监测。

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1绪论

1.1课题来源与意义

1.1.1课题来源

1.1.2研究意义与难点

1.2国内外研究概况

1.2.1高压管汇介绍

1.2.2国内外研究概况

1.2.3井口高压管汇干耦合超声检测特点

1.3论文的主要工作

2高压管汇电磁超声测厚仪与可行性研究

2.1电磁超声管汇壁厚检测原理

2.1.1电磁超声测厚原理

2.1.2铁磁性材料中的换能效率

2.2电磁超声探头的参数优化

2.2.1 EMAT探头激励线圈类型的选择

2.2.2电磁超声偏置磁场优化

2.3基于压电超声仪的电磁超声测厚系统研究

2.4基于压电超声仪电磁超声测厚系统实验

2.5本章小结

3干耦合压电超声测厚方法与监测系统

3.1干耦合超声测厚方法

3.1.1声阻抗计算方法

3.1.2声透射计算方法

3.2可行性实验

3.2.1干耦合超声与常规超声对比

3.2.2 干耦合材料厚度与测厚信号关系

3.2.3管汇材料与测厚信号关系

3.3压力管汇测厚监控系统设计

3.3.1探头及安装带设计

3.3.2系统测试实验1、传输距离衰减实验

3.3.3探头分辨率、灵敏度的实验测试

3.4现场应用

3.4.1探头现场安装

3.4.2系统搭建

3.4.3系统现场测试数据

3.5本章小结

4总结与展望

4.1论文总结

4.2研究展望

致谢

参考文献

附录 攻读学位期间发表学术论文目录