基于电磁超声高频导波的管道在线探伤系统设计

发布时间：2020-11-16 14:53

　　 目前对于管壁厚度6mm以上的管道,采用反射式的电磁超声高频导波检测技术。本文针对管壁厚度6mm及以下的管道电磁超声检测系统进行设计。并通过透射式周向Lamb波来解决管壁厚度6mm及以下的管道检测精度较低的问题。针对反射式周向Lamb波检测精度不高的问题,本文设计了透射式周向Lamb波的换能器。根据周向Lamb波的工作原理和弹性动力学方程推导了周向Lamb波的频散方程,通过数值求解的方式得到频散方程的解并绘制出频散曲线,最后通过频散曲线得到换能器的工作频率。并且通过与板材中Lamb波的对比,验证了管道中周向Lamb波的可行性。其次,设计了电磁超声在线探伤系统的软硬件结构。硬件电路主要由三部分组成:电磁超声换能器的发射接收电路,控制电路和用户交互电路。软件部分设计了周向Lamb波专用探伤分析软件,实现了参数的设置,回波信号的显示等功能。并采用model/view的设计架构,单例的设计模式和多线程的设计方法实现了软件优化。然后,设计了小波去噪算法来提高在线探伤系统检测信号的信噪比。本系统采用了阈值消噪的方式,并对小波算法的软硬阈值和分解层数进行分析,最终选用了进行6层分解的硬阈值处理的sym20小波函数。并通过和累积平均算法进行对比,验证了小波算法的有效性以及优越性。最后对整个在线探伤系统进行测试验证。并对含有轴向裂纹的管道进行实验,通过小波算法的优化成功检测出1×10×0.5mm的轴向裂纹缺陷。检测结果满足中华人民共和国石油化工管道无损检测标准SH/T 3545-2011。
【学位单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP274.53;TE973.6
【部分图文】：

电磁超声探伤系统换能器及控制方声 Lamb 波换能器设计声 Lamb 波激发原理章的主要研究内容，本章将着重介绍电磁超声 La章从电磁超声 Lamb 波的产生机理和电磁超声 La并在此基础上求解 Lamb 波的频散方程，根据频散频散曲线，再通过频散方程选择合适的工作点，进能器的设计。 Lamb 波换能器主要由三部分组成，包括产生脉冲的永磁铁或者电磁铁和待测试件。电磁超声换能器。而试件中传播的超声波的类型与线圈的结构和磁，通过线圈和磁铁的不同组合，可以产生多种类型 波，表面波和体波等[39]。

图 2-3 管道 Lamb 波的频散曲线Fig.2-3 Dispersion curve of pipeline Lamb wave统采用的被测试件管道的材料为不锈钢，该管道的内径 7mm，材料中的横波波速TC =3240m/s。所取频率范围是 0~可知，随着工作频率的增加，换能器所产生的工作模态也会他工作模态对检测结果的影响，因此要避免多种模态的波混作频率越高，超声波的检测灵敏度就越高，因此要选取频率一的波。通过仿真本系统选取换能器的工作频率为 120kH据实际工作的需要进行微调。和板材中 Lamb 波的区别与联系波被用在板材缺陷的检测已经发展的较为成熟。除了应的周向和轴向同样可以作为超声波传导的方向。管道中的传播时，其传播方式与频散特性都与平板中Lamb波的特性

chematic diagram and displacement direction of the plate and pcoordinate system板中 Lamb 波的频散方程分为两种。一种是对称模( )( )( )222 2tan 4tanqh k pqphk q= 称模式：( )( )( )22 22tantan 4q kqhph k pq = 平板厚度的二分之一。k 为波数， /Pk = κC，κ 为q均为辅助变量，定义分别如下：21pLCp kC = 21pTCq kC =
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本文编号：2886362