管道超声波相控阵检测方法研究
发布时间：2022-01-27 17:44
油气管道是输送石油和天然气的主要运输工具之一,在役管道由于多种原因易造成腐蚀、裂纹等缺陷,造成运输物资泄露,降低运输效率,导致环境污染,造成经济损失,甚至发生爆炸等危害。管道缺陷检测方法发展至今,已经拥有漏磁、超声和涡流等多种检测方法。超声波相控阵检测技术可以控制超声声束的偏转和聚焦对管道进行缺陷检测,将检测结果在上位机成像显示,检测速度快,灵敏度高,可多方向检测。针对超声波相控阵管道检测方法,研究超声波相控阵换能器的传播特性,对一维线阵采用Matlab仿真,分析换能器参数对声场的影响。结合超声波相控阵声束偏转和声束聚焦等特性,以超声波在管道中的传播特性为基础,分析了环形超声波相控阵管道内检测方法,对环形超声波相控阵的换能器参数,扫描方式,检测方式等进行分析,结合各个阵元声程与偏转角度等,计算了环形超声波相控阵的聚焦延时法则。实验中使用128阵元的环形超声波相控阵对Φ168管道进行检测,采用声束聚焦和弧线型旋转扫描的方式,实验验证延时法则的有效性,分析工作阵元数量与检测效果之间的关系;实验中对带有腐蚀缺陷的Φ168管道进行缺陷检测,设置不同工作阵元数量、不同焦距,分析环形超声波相控阵检...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
输油管道爆炸事故Fig.1.1Explosionaccidentofoilpipeline
多种类型的Fig.2.3Varioustypesofulte凹面阵
第2章超声波相控阵检测技术理论研究31辐射超声波。以一维线阵（8阵元）向无限大的钢材料中辐射的声场为例，其无延时和有延时激励信号控制的声场图像如图2.20所示。图2.20无延时与有延时激励信号的声场Fig.2.20Soundfieldwithoutdelayandwithdelayexcitationsignal图中，模拟被测对象为钢，因此设置介质中的声速为5900m/s。对频率的选择也是非常重要的，低频率的超声波能量衰减弱，检测精度低，但传播距离更远。高频率的超声波能量衰减大，传播距离比低频率的超声波近，但检测精度高，因此，对于超声波相控阵检测来说，需要选择适当的频率，因此设置频率为适合检测的5MHz。图2.20a为无延时控制的可视化声场，阵列中心处于（0,0）位置处，并向正下方半空间介质中辐射超声波，可视化声场范围为200mm3200mm，可以看出主声束方向是垂直指向0°的，但是在其他方向会出现明显的旁瓣，这些不利于检测。图2.20b为有一定延时控制的可视化声场，阵列位置保持不变，可视化声场范围为200mm3200mm，其辐射超声波主声束的方向偏转5°，聚焦点位置为距阵元中心位置100mm处，但实际聚焦处并非是点，而是一个区域，聚焦范围内的声场能量增强，但主声束的范围明显减小，而且可以看出也会存在明显的旁瓣。2.3.3阵元宽度分析当阵元形状为矩形，宽度d分别为2mm，2.45mm，2.9mm和3.35mm时，其一维线阵的仿真结果如图2.21所示。阵元数量为8，阵元间距为0.1mm，设置焦距为100mm。从图中可以看出，在保持其他条件不变的情况下，阵元宽度为2mm的声场中聚焦区域不明显，能量最弱，但是其旁瓣最少；阵元宽度为2.45mm时，聚焦区域聚焦明显，能量增强，但其聚焦区域较大，声束较宽，同时旁瓣增加；阵元宽度为2.9mm时，聚焦区域聚焦明显，能量再次增强，聚焦区域相对较
【参考文献】：
期刊论文
[1]管道内检测研究进展及展望[J]. 曾绪财,张葛祥,任涛,杨强,王宇. 交通信息与安全. 2019(06)
[2]国内长输管道外检测技术现状综述[J]. 朱宁,李涛,刘红祥,羊映,朱浩. 石油化工自动化. 2019(05)
[3]我国长输管道外检测技术现状综述[J]. 马伟平,蔡亮,王禹钦,潘腾. 石油石化节能. 2019(07)
[4]圆台形超声相控阵列在管材检测中的聚焦声场[J]. 郭忠存,阎守国,张碧星. 声学学报. 2018(05)
[5]油气管道完整性管理技术的进展与对策[J]. 李海生,吴之楠. 无线互联科技. 2018(17)
[6]金属材料表面缺陷和残余应力的激光超声无损检测研究[J]. 杨德宏. 内燃机与配件. 2018(02)
[7]国内外超声相控阵检测仪器性能测试评价标准比较与分析[J]. 张君娇,郑晖,潘强华,朱雨虹,杨齐. 无损检测. 2017(05)
[8]管道内检测在天然气长输管道中的应用[J]. 鬲丽华,田光. 中国石油和化工标准与质量. 2016(18)
[9]超声相控阵技术在航空复合材料结构无损检测中的应用及发展[J]. 詹绍正,宁宁,王丹. 无损检测. 2015(04)
[10]超声相控阵检测技术的发展及应用[J]. 靳世久,杨晓霞,陈世利,黄玉秋,郭薇. 电子测量与仪器学报. 2014(09)
硕士论文
[1]基于超声导波的管道防腐层检测技术研究[D]. 张晓丹.沈阳工业大学 2017
[2]基于电磁超声相控阵的管道检测方法研究[D]. 宋靖宇.沈阳工业大学 2016
[3]轴向励磁的管道漏磁内检测磁饱和问题研究[D]. 崔婉婷.沈阳工业大学 2015
[4]钢板电磁超声表面波检测传感器研制[D]. 王丽.华中科技大学 2014
[5]相控阵超声检测关键参数优化研究[D]. 杨平华.大连理工大学 2011
[6]长输管道超声波内检测技术研究[D]. 唐建.北京化工大学 2005
本文编号：3612818
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
输油管道爆炸事故Fig.1.1Explosionaccidentofoilpipeline
多种类型的Fig.2.3Varioustypesofulte凹面阵
第2章超声波相控阵检测技术理论研究31辐射超声波。以一维线阵（8阵元）向无限大的钢材料中辐射的声场为例，其无延时和有延时激励信号控制的声场图像如图2.20所示。图2.20无延时与有延时激励信号的声场Fig.2.20Soundfieldwithoutdelayandwithdelayexcitationsignal图中，模拟被测对象为钢，因此设置介质中的声速为5900m/s。对频率的选择也是非常重要的，低频率的超声波能量衰减弱，检测精度低，但传播距离更远。高频率的超声波能量衰减大，传播距离比低频率的超声波近，但检测精度高，因此，对于超声波相控阵检测来说，需要选择适当的频率，因此设置频率为适合检测的5MHz。图2.20a为无延时控制的可视化声场，阵列中心处于（0,0）位置处，并向正下方半空间介质中辐射超声波，可视化声场范围为200mm3200mm，可以看出主声束方向是垂直指向0°的，但是在其他方向会出现明显的旁瓣，这些不利于检测。图2.20b为有一定延时控制的可视化声场，阵列位置保持不变，可视化声场范围为200mm3200mm，其辐射超声波主声束的方向偏转5°，聚焦点位置为距阵元中心位置100mm处，但实际聚焦处并非是点，而是一个区域，聚焦范围内的声场能量增强，但主声束的范围明显减小，而且可以看出也会存在明显的旁瓣。2.3.3阵元宽度分析当阵元形状为矩形，宽度d分别为2mm，2.45mm，2.9mm和3.35mm时，其一维线阵的仿真结果如图2.21所示。阵元数量为8，阵元间距为0.1mm，设置焦距为100mm。从图中可以看出，在保持其他条件不变的情况下，阵元宽度为2mm的声场中聚焦区域不明显，能量最弱，但是其旁瓣最少；阵元宽度为2.45mm时，聚焦区域聚焦明显，能量增强，但其聚焦区域较大，声束较宽，同时旁瓣增加；阵元宽度为2.9mm时，聚焦区域聚焦明显，能量再次增强，聚焦区域相对较
【参考文献】：
期刊论文
[1]管道内检测研究进展及展望[J]. 曾绪财,张葛祥,任涛,杨强,王宇. 交通信息与安全. 2019(06)
[2]国内长输管道外检测技术现状综述[J]. 朱宁,李涛,刘红祥,羊映,朱浩. 石油化工自动化. 2019(05)
[3]我国长输管道外检测技术现状综述[J]. 马伟平,蔡亮,王禹钦,潘腾. 石油石化节能. 2019(07)
[4]圆台形超声相控阵列在管材检测中的聚焦声场[J]. 郭忠存,阎守国,张碧星. 声学学报. 2018(05)
[5]油气管道完整性管理技术的进展与对策[J]. 李海生,吴之楠. 无线互联科技. 2018(17)
[6]金属材料表面缺陷和残余应力的激光超声无损检测研究[J]. 杨德宏. 内燃机与配件. 2018(02)
[7]国内外超声相控阵检测仪器性能测试评价标准比较与分析[J]. 张君娇,郑晖,潘强华,朱雨虹,杨齐. 无损检测. 2017(05)
[8]管道内检测在天然气长输管道中的应用[J]. 鬲丽华,田光. 中国石油和化工标准与质量. 2016(18)
[9]超声相控阵技术在航空复合材料结构无损检测中的应用及发展[J]. 詹绍正,宁宁,王丹. 无损检测. 2015(04)
[10]超声相控阵检测技术的发展及应用[J]. 靳世久,杨晓霞,陈世利,黄玉秋,郭薇. 电子测量与仪器学报. 2014(09)
硕士论文
[1]基于超声导波的管道防腐层检测技术研究[D]. 张晓丹.沈阳工业大学 2017
[2]基于电磁超声相控阵的管道检测方法研究[D]. 宋靖宇.沈阳工业大学 2016
[3]轴向励磁的管道漏磁内检测磁饱和问题研究[D]. 崔婉婷.沈阳工业大学 2015
[4]钢板电磁超声表面波检测传感器研制[D]. 王丽.华中科技大学 2014
[5]相控阵超声检测关键参数优化研究[D]. 杨平华.大连理工大学 2011
[6]长输管道超声波内检测技术研究[D]. 唐建.北京化工大学 2005
本文编号：3612818
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