發(fā)布時(shí)間：2017-12-16 15:19

  本文關(guān)鍵詞：基于電磁超聲相控陣的管道檢測方法研究

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【摘要】：油氣管道作為石油、天然氣等能源的主要運(yùn)輸載體,它的安全運(yùn)行保障了石油、天然氣的安全運(yùn)輸及充分利用,同時(shí)也是人們生活基礎(chǔ)的保障。由于天然氣、石油站內(nèi)管道及其它露天油氣管道長期裸露在空氣中,會(huì)受到潮濕的空氣、內(nèi)部電解質(zhì)等物質(zhì)的腐蝕,此外,運(yùn)輸物種含有硫元素等腐蝕性元素,這些都會(huì)對管道造成一定的破壞,導(dǎo)致管道產(chǎn)生腐蝕、裂紋或變形等缺陷,進(jìn)而引起管道事故頻繁發(fā)生,為了保障油氣管道的安全運(yùn)行和能源的安全傳輸,必須對管道進(jìn)行高效、全方位的檢查。超聲相控陣技術(shù)憑借無需移動(dòng)探頭、靈活有效控制超聲聲束偏轉(zhuǎn)、聚焦、大范圍掃描等優(yōu)勢,成為傳統(tǒng)超聲無損檢測領(lǐng)域中發(fā)展起來的新技術(shù)。本文對電磁超聲相控陣檢測技術(shù)進(jìn)行理論及實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)合電磁超聲換能器工作原理及超聲相控陣檢測技術(shù),研究了電磁超聲換能器在鐵磁性材料中的換能機(jī)制及超聲相控陣的相關(guān)理論,包括相控陣聲束偏轉(zhuǎn)及聚焦的原理,理論推導(dǎo)了超聲相控陣聚焦和偏轉(zhuǎn)的延時(shí)法則計(jì)算公式。通過數(shù)學(xué)建模推導(dǎo)了換能器中電磁場、機(jī)械場、超聲波場的數(shù)學(xué)模型,在不同換能機(jī)理下建立EMAT的數(shù)學(xué)模型并推導(dǎo)了相關(guān)公式。利用聲學(xué)理論—赫姆霍茲-基爾霍夫積分定理建立了單個(gè)矩形陣元、矩形陣元一維陣列在波束偏轉(zhuǎn)和聚焦不同情況下的聲場空間數(shù)學(xué)模型,為陣列EMAT的設(shè)計(jì)提供了聲場分布趨勢及設(shè)計(jì)依據(jù)。在此基礎(chǔ)上,在直線型曲折線圈的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)具有弧形線圈的EMAT,并在鋼板中進(jìn)行試驗(yàn)研究,結(jié)果證明直線型曲折線圈指向性較好,超聲波能量較集中。搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),應(yīng)用電磁超聲陣列換能器對管道進(jìn)行檢測,回波信號在指定位置聚焦疊加,增強(qiáng)了回波信號的幅值。課題研究結(jié)果表明:在常規(guī)電磁超聲換能器的基礎(chǔ)上,通過理論研究與試驗(yàn)對比,設(shè)計(jì)了雙陣元電磁超聲換能器,確定了激勵(lì)線圈結(jié)構(gòu)及尺寸大小、磁鐵的結(jié)構(gòu),并在鋼管中進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果表明基于超聲相控陣的雙陣元EMAT相比傳統(tǒng)單陣元EMAT能夠有效提高管道缺陷檢測效率,精確控制延時(shí)時(shí)間,能夠使相干波疊加,在缺陷處聚焦,通過回波信號的幅值對比,隨著陣元數(shù)與延時(shí)時(shí)間的改變,回波信號幅值增強(qiáng)為原來的兩倍,增加6d B,有效地解決了工程上管道缺陷檢測的能力,為以后電磁超聲相控陣在管道檢測領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE973.6

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