管道超声导波实验系统优化及缺陷检测与定位

摘要

超声导波管道检测问题是近年来的一个研究热点,这是因为在天然气、发电厂、石油化工、地下水管网等部门中存在着数以万计的管道.管道经长期使用,其管壁被冲刷、腐蚀,致使管壁变薄及出现裂纹,严重时发生泄漏事故.迫切需要一种高效、经济可靠的长距离管道检测技术,该文所要解决的问题就是在这样的工程背景下提出的.该文首先对国内外该课题研究领域的进展作了综述,简要介绍了超声导波技术的理论基础并引入时频分析的方法;其次,研制了管道单端激励接收转换装置,解决了长期以来无法实现的管道单端激励接收问题;优化了传感器夹具设计,使其更具有通用性并方便了安装;实现了数字示波器与计算机的以太网通讯,从而建立起了一套有效的实验装置;在此实验装置的基础之上,对管道导波检测中传感器数量和频率特性进行了分析,对轴对称及非轴对称激励接收管道超声导波检测进行了大量实验研究,其实验结果与理论预测相吻合,验证了超声导波技术在管道检测中的实用性;最后,引入时频分析方法进一步研究管道缺陷回波的特性.采用小波变换方法,经过分析处理接收到的回波信号,使时域中不易分辨的缺陷信号清晰的显现出来,实现了超声导波管道检测的缺陷识别与定位,取得了较好的检测效果.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第1章绪论

1.1研究背景及其理论与实际意义

1.2本课题及相关领域国内外发展现状

1.2.1超声导波技术

1.2.2检测中的信号处理

1.3本课题的来源及主要研究内容

1.4本章小结

第2章基本理论

2.1超声导波基本理论

2.1.1导波的概念

2.1.2导波的群速度与相速度

2.1.3导波的频散现象与多模态特性

2.1.4圆管中的导波

2.2非平稳信号时频分析基本理论

2.3本章小结

第3章超声导波检测系统的建立

3.1管道检测实验系统

3.2任意波形函数发生器

3.3功率放大器

3.4前置放大器

3.5数字示波器

3.6计算机与数字示波器之间的数据通讯

3.6.1 SCPI标准仪器命令语言

3.6.2串行通讯

3.6.3网络通讯

3.7传感器系统设计

3.7.1贴片式传感器接线装置设计

3.7.2可拆卸传感器固定装置的改进

3.8管道单端激励接收超声导波的实现

3.8.1对实验室现有实验方案的改进

3.8.2激励接收自动转换装置的研制

3.8.3实验结果验证

3.9本章小结

第4章管道超声导波检测实验

4.1.管道导波检测中传感器数量和频率特性研究

4.1.1实验装置

4.1.2实验结果及分析

4.1.3小结

4.2管道轴对称激励接收检测实验

4.2.1频散曲线的数值计算

4.2.2 8.36m管道检测实验

4.2.3 40m焊接管道检测实验

4.2.4小结

4.3管道非轴对称激励接收实验

4.4本章小结

第5章信号处理与缺陷位置识别

5.1短时傅里叶变换方法的应用

5.2基于小波变换的管道超声导波实验研究

5.2.1小波变换原理

5.2.2管道腐蚀缺陷位置识别

5.4本章小结

第6章超声导波管道缺陷检测的软件编程实现

结 论

参考文献

附录：传感器夹具设计图

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致 谢