管道超声导波检测专用探头的研制

摘要

随着管道系统越来越广泛地应用于石油、化工、以及城市自来水等工业部门中,管道泄露带来的问题也越来越严重,但是常规的管道缺陷检测技术已经不能满足管道运输发展的需要.超声导波检测技术以其检测速度快、可靠、经济而且不需要剥离管道外包层等优点成为管道缺陷检测技术一个新的发展方向,但是目前国内还没有应用该技术对管道缺陷进行检测的探头,该文正是从这个问题出发,目的在于研制一种用于在管道中激励和接收超声导波的探头系统.首先,该文对国内外该课题研究领域的进展作了综述,并简要介绍了与超声导波技术和探头研制相关的理论基础;其次,根据检测对象——管道的特殊性,结合常规探头的制造技术,详细介绍了超声导波探头的研制过程,制作了24个超声导波探头和一个用于把探头在管道上固定的机械装置,并且对探头的一些性能参数进行了数值模拟.最后,在实验室中进行探头在管道中激励接收超声导波的实验,实验结果表明,该文研制的探头系统能够在管道中有效地激励和接收所需的导波模态,并且能够抑制一些不希望出现的导波模态,有望用于管道缺陷的检测.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1本课题的研究背景及其理论与实际意义

1.2国内外对本课题的研究现状

1.2.1国外对本课题的研究历史和现状

1.2.2国内对本课题的研究历史和现状

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超声导波的基本理论

2.1.1导波概念

2.1.2群速度与相速度

2.1.3导波的频散现象及多模态特性

2.1.4圆管中的导波

2.2换能器理论和技术基础

2.2.1压电效应及压电换能器

2.2.2常见探头及其一般结构

2.2.3探头标定

2.2.4探头的评价

2.3本章小结

第3章超声导波探头及其固定装置

3.1超声导波探头

3.1.1压电元件

3.1.2探头背衬层

3.1.3探头保护层

3.1.4探头外型

3.1.5探头成型

3.2超声导波探头固定装置

3.3本章小结

第4章超声导波探头性能的数值模拟

4.1探头等效电路网络模型

4.1.1压电陶瓷的三端电路网络模型

4.1.2探头内其它各层的等效电路网络模型

4.1.3整个探头等效电路网络模型

4.2探头的传递矩阵

4.2.1压电陶瓷的传递矩阵

4.2.2探头内其它各层的传递矩阵

4.2.3整个探头的传递矩阵

4.3探头性能参数的数值模拟

4.3.1探头的输入阻抗

4.3.2探头的声响应

4.3.3探头的脉冲-回波响应

4.4探头数值模拟的matlab实现

4.5探头输入阻抗与频率响应测定

4.6本章小结

第5章超声导波探头在管道上的实验性应用

5.1探头的可用性验证

5.1.1实验装置

5.1.2实验过程与实验结果

5.2采用超声导波探头在管道上激励接收导波实验

5.2.1实验装置

5.2.2实验装置与流程图

5.2.3实验过程与实验结果

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

致谢