電磁超聲縱向模態(tài)導波管道檢測機理與信號增強方法研究.pdf

1、管道作為一種物料輸送、能量交換的關鍵部件，廣泛應用于石油、石化等行業(yè)。隨著經濟的發(fā)展，管道數量急劇增加，由此帶來的檢測工作量急劇增加，如何實現(xiàn)管道的快速檢測是無損檢測領域面臨的重要問題之一。電磁超聲導波檢測方法是一種具有非接觸、單點檢測距離長等優(yōu)點的新型無損檢測方法，該方法能快速方便地對管道進行檢測，因而近年來逐漸受到人們的關注。然而與傳統(tǒng)的壓電方式超聲導波相比較，電磁超聲導波仍存在檢測信號信噪比較低的缺點。本學位論文圍繞電磁超聲縱向導

2、波在管道外檢測和內檢測中遇到的難題，對電磁超聲縱向導波換能機理和信號增強方法展開研究。
　　首先從電動力學和彈性動力學的經典理論出發(fā)，推導包含洛倫茲力、磁力和磁致伸縮應變的電磁超聲縱向導波控制方程，闡述同時適用于電磁超聲縱向導波管道外檢測和內檢測的換能機理，采用數值仿真和實驗研究相結合的方法研究不同方向偏置磁場作用下諸換能機理的貢獻。研究表明，鐵磁性管道軸向偏置磁場作用下，偏置磁場方向較為單一，磁致伸縮效應占據主導地位；鐵磁性管道

3、徑向偏置磁場作用下，偏置磁場方向隨空間變化，發(fā)現(xiàn)磁致伸縮效應在換能過程中的作用不能忽略，為后續(xù)縱向導波檢測信號增強研究提供指導作用。
　　針對軸向偏置磁場作用下鐵磁性管道外檢測的激勵過程，分析已有磁致伸縮激勵傳感器磁場作用區(qū)域對檢測信號的影響，提出一種帶有屏蔽環(huán)的新型傳感器結構，可有效控制激勵磁場作用區(qū)域，進而增強磁致伸縮導波檢測信號，實驗仿真結果證明該增強方法的有效性，并對其影響因素進行分析。
　　針對軸向偏置磁場作用下鐵

4、磁性管道外檢測的接收過程，推導感應磁場磁矢位的一般表達式，分析磁矢位的空間分布特性，根據感應磁場磁矢位與接收線圈感應電動勢之間的關系式，提出接收線圈的設計準則，基于該準則合理設計接收線圈寬度和段數。與傳統(tǒng)的三段式接收線圈相比，優(yōu)化后線圈可提升檢測信號信噪比10％~40%。
　　針對超聲導波換熱管內檢測遇到的難題，提出一種基于開放磁路的電磁超聲縱向導波檢測方法，并分別研究不同材料換熱管的檢測機理，得到適用于非鐵磁性換熱管檢測的模態(tài)控

5、制方法，以及適用于鐵磁性換熱管檢測的基于斜向偏置磁場的信號增強方法。最后研制出換熱管電磁超聲縱向模態(tài)導波檢測傳感器，現(xiàn)場試驗初步應用證明該技術的可行性，為換熱管內檢測提供了一種新手段。
　　本論文的研究工作豐富了電磁超聲導波管道檢測的相關研究，也為國家標準《GB/T31211-2014無損檢測超聲導波檢測總則》和《GB/T28704-2012無損檢測磁致伸縮超聲導波檢測方法》的編制提供了重要的支持，有利于電磁超聲導波技術的推廣應用