基于电磁超声相控阵的管道检测方法研究

发布时间：2017-12-16 15:19

  本文关键词：基于电磁超声相控阵的管道检测方法研究

  更多相关文章： 电磁超声 相控阵 阵元 聚焦 阵列换能器 管道检测

【摘要】：油气管道作为石油、天然气等能源的主要运输载体,它的安全运行保障了石油、天然气的安全运输及充分利用,同时也是人们生活基础的保障。由于天然气、石油站内管道及其它露天油气管道长期裸露在空气中,会受到潮湿的空气、内部电解质等物质的腐蚀,此外,运输物种含有硫元素等腐蚀性元素,这些都会对管道造成一定的破坏,导致管道产生腐蚀、裂纹或变形等缺陷,进而引起管道事故频繁发生,为了保障油气管道的安全运行和能源的安全传输,必须对管道进行高效、全方位的检查。超声相控阵技术凭借无需移动探头、灵活有效控制超声声束偏转、聚焦、大范围扫描等优势,成为传统超声无损检测领域中发展起来的新技术。本文对电磁超声相控阵检测技术进行理论及实验研究,结合电磁超声换能器工作原理及超声相控阵检测技术,研究了电磁超声换能器在铁磁性材料中的换能机制及超声相控阵的相关理论,包括相控阵声束偏转及聚焦的原理,理论推导了超声相控阵聚焦和偏转的延时法则计算公式。通过数学建模推导了换能器中电磁场、机械场、超声波场的数学模型,在不同换能机理下建立EMAT的数学模型并推导了相关公式。利用声学理论—赫姆霍兹-基尔霍夫积分定理建立了单个矩形阵元、矩形阵元一维阵列在波束偏转和聚焦不同情况下的声场空间数学模型,为阵列EMAT的设计提供了声场分布趋势及设计依据。在此基础上,在直线型曲折线圈的基础上设计具有弧形线圈的EMAT,并在钢板中进行试验研究,结果证明直线型曲折线圈指向性较好,超声波能量较集中。搭建实验平台,应用电磁超声阵列换能器对管道进行检测,回波信号在指定位置聚焦叠加,增强了回波信号的幅值。课题研究结果表明:在常规电磁超声换能器的基础上,通过理论研究与试验对比,设计了双阵元电磁超声换能器,确定了激励线圈结构及尺寸大小、磁铁的结构,并在钢管中进行试验,结果表明基于超声相控阵的双阵元EMAT相比传统单阵元EMAT能够有效提高管道缺陷检测效率,精确控制延时时间,能够使相干波叠加,在缺陷处聚焦,通过回波信号的幅值对比,随着阵元数与延时时间的改变,回波信号幅值增强为原来的两倍,增加6d B,有效地解决了工程上管道缺陷检测的能力,为以后电磁超声相控阵在管道检测领域的应用奠定了基础。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE973.6

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本文编号：1296519