在导出柱坐标下多层媒质中波传达传输矩阵的基础上,选取适宜的资料、参数,研宣布超声轮式换能器,得到了与传输矩阵理论预期相共同的回波信号.自行规划研发了由超声轮式换能器、驱动体系以及微型核算机控制的信号收集与处理体系组成的管道匍匐器.对PVC(polyvinyl chloride)管道上人工缺点的试验测定结果表明,超声轮式换能器的测厚精度优于±0.2 mm.
油气管道体系是现代社会和国民经济中非常要害的传输体系.现在对管道的制造,管线的规划、装置和运转都有严厉的标准及标准,但由于管道本身的腐蚀、资料老化、自然界或人为因素发生的地理环境变迁,都或许形成管线损坏,发生油、气走漏,形成严峻的经济损失和环境污染.因而,管道的在线无损检测是当时非常重要的研讨课题.
现在首要的管道无损检测技能有漏磁、超声、涡流和摄像等办法[1],其间漏磁匍匐器开发得最早,它对裂纹有很高的辨别率,但难以准确测定腐蚀的缺点深度,也不能用于非铁磁资料的管道检测.因而,能准确丈量缺点深度的超声匍匐器成为被重视的热门.现在已开发了用于输油管线检测,以清管器为载体的超声匍匐器(pigging system)[2],但关于输气管线的检测,超声换能器与管壁之间的声耦合,成为急需战胜的要害问题.
在管道内匍匐的超声轮式换能器是处理声耦合的或许途径,本文在导出柱坐标下多层媒质中波传达的传输矩阵表达式的基础上,对轮式超声换能器进行理论和试验研讨,并自行规划和研发了超声波管道匍匐器,对PVC管道外壁的人工缺点进行了试验检测,证明了该技能的有效性.
1 柱坐标中多层媒质传输矩阵理论
研发的轮式超声换能器如图1所示,宽带超声换能器装置在轮轴上,它经过轮内充溢的硅油将声波耦合到PVC滚轮及管道内、外壁.疏忽轮子及管壁的曲折,在理论上可等效为图2的多层媒质中波的传达问题.
一般多层媒质中的波传达选用直角坐标系下的传达矩阵核算[3-6].但由于实践使用的压电换能器都是圆形,声场也是轴对称的.因而,选用柱坐标系导出传输矩阵与实践情况更共同.
依据弹性波理论,关于轴对称情况下,第m层媒质的质点位移μm可用其势函数Φm和Hm来表明
令Hmθ=Ψ,Φm和Ψm满意动摇方程
式中:c1m=λm+2μmρm和c2m=μmρm分别是资料的纵波和横波声速,其间ρm为资料的密度,λm和μm是资料的拉梅常数.
换能器宣布的纵波垂直于各层媒质的界面,声波的形式转化疏忽不计时,媒质内只要纵波传达.因而,只需求解标量势Ф.这时媒质中的法向位移及应力可表明为
对式(2)中的t做Laplace改换:(r,z,s) =∫∞0Φ(r,z,t)e-stdt,其间s =σ+jω是t在改换域对应的变量,σ为恣意实数,j= -1,ω是频率.
对r做0阶Hankel改换:Φ*(p,z,t) =∫∞0Φ(r,z,t)rJ0(pr)dr,其间,p是r在改换域对应的变量为阶贝塞尔函数解为
式中:系数Am和Bm由边界条件确认.
