PDF《基于超声无损检测对管道沉积物参数的分析》

5 0k H z , 使 用范围为

1 2

0 ~

3 8 0k H z ;

第二个换能器通带中心频率 为2.25MH z , 并具有1 .

1 2

5 ~

3 .

3 7 5MH z的频率使用 范围.另外, 在发射器和管道之间使用耦合凝胶可以 提高声耦合.为了保持管内的水不泄露, 管道下端使 用圆锥形橡胶塞封闭. 接收换能器使用的是叉指式超声波换能器, 压电 材料为压电聚合物聚偏氟乙烯( P V D F ) .需要注意的 是, P V D F的电、 机械和压电性能与加工条件密切相 关.其具有很多的机械和电气优点, 主要是与陶瓷相 比, 其无定形结构, 它几乎是不可能在高压下破坏的, 在受到压力时它也不会失去其电气性能, 能有效适应 各种形状的自然弹性如管道的表面并拥有较大的带 宽, 因此具有良好的空间分辨率.另外, 它的声阻抗 较适合控制水下现场.但是, 其有限的声学性能即较 低的机电耦合系数、 介电常数和灵敏度, 较高的介电 损耗等性质都对其应用的范围产生较高的限制, 故而 接收到的信号需要通过放大器显示在示波器上.一 个数字总线I E E E将数据转移到计算机进行处理.

2 .

2 根据所使用的换能器精确周期数 为了减少散射对期望传播模式的影响, 并防止产 生不需要的频率模式, 希望通过一个非常窄的通带来 制造入射波.我们的换能发射器可以产生4个不同 频率、 其周期数 荦=4 0的信号.此外, 还选择了一个 拥有更低频率的接触式换能器( =2

2 0k H z ) 用于检 查的时间曲线, 其信号周期为2 .

2 .

3 分析散射曲线 根据管道的相速度( 见图1 ( a ) ) 的散射曲线, 我们 将选择模式S

1 的Lamb波, =2 .

5 6 5MH z时, 其相 速度 p h= L( L为纵波波速) .为此, 我们将设计一 个叉指换能器, 相邻的两指之间的间隙距离等于模式 S

1 波长( λ = ph/=2 .

2 7mm) .该换能器被设计用 于生成和接收的轴对称模式波( 荦=

0 ) . 图1 相速度和群速度( g) 曲线 穿过的原点及换能器假象点直线称为激活线. 当频率发生变化时, 激活线与散射曲线的交点定义为

4 4

5 压电与声光2018年 声波的模式.通过图1确定不同模式下的相速度和 群速度, 如表1所示. 表1 理论假象点上的相速度和群速度 模式 /MH z ph/(m・ s -1 ) g/(m・ s -1 ) A

0 S

0 A

1 S

1 1 .

1 5

8 1 .

7 0

6 2 .

4 0

0 2 .

5 6

5 26

5 0

38 8

0 54

8 0

58 2

3 32

1 0

17 4

0 33

1 0

48 9

0 2 .

4 非轴对称沉积中 獠

1 的分析 实验中, 使用相同的收发分置实验系统.首先, 在具有完全沉积物的管道中传播S

1 模式波;

然后, 将 沉积物从完全保留直至保留一半, 每次获取位于接触 换能器( 发射端)

1 . 5m 处的叉指换能器( 接收端) 的 时域信号, 为使信号更精确, 每次改变沉积物体积后 测3组数据;

最后研究其信号的对应频谱值.沉积物 前加入第2个叉指换能器, 以便验证每次操作入射信 号的准确性.

3 实验结果分析

3 .

1 模式波的选择 记录位于接触换能器1 . 5m 处叉指换能器收到 的基于激活线中所对应频率的时域信号, 如图2所示.由图可见, 有的信号并不仅是 L a m b波模式, 而 是多种模式的叠加.这些模式的回波出现的时间点 是由其不同的群速度决定的.可观察到无论何种模 式的声波, 当以在激活线与散射曲线交点所表述的频 率传播时, 其振幅会达到最大.另外, 当有多种模式 波入射时, 有一个回波信号是由于管道外壁对声波S