射频功率放大器在超声导波技术的充液管道损伤检测研究中的应用
实验名称：充粘液管道损伤检测的实验研究
研究方向：目前，管道已被广泛用于石油天然气、化工、煤矿、城市供水、供气、供热、排污等工程。在油气运输和危化品运输中管道运输越来越扮演主要角色，同时管道还是市基础设施的重要组成部分。只要有管道应用，就需要有管道检测，随着我国管道工程的逐步扩展，如何有效、快速的对现有管道以及即将建成的管道系统提供良好的检测，已经成为管道行业的亟待解决的问题之一。
实验目的：对充粘性液体管道进行了损伤检测的实验研究。首先，对充机油的超声导波传播特性进行实验研究，对最佳激励信号为10周期的70KHZ的信号进行验证并对空心管道和充水管道的超声导波传播特性进行比对分析，对充粘性液体管道进行了超声导波损伤检测实验研究。计算了充粘性液体管道缺陷的位置。
测试设备：函数/任意波形发生器、功率放大器(ATA-8202)、数字示波器(TDS3024)、压电环、压电式传感、管道。
实验过程：本次实验主要是研究内容为：(1)研究充粘性液体管道中超声导波的传播特性，并与充水管道和空管中超声导波的传播特性进行比对;(2)研究充粘性液体管道的超声导波损伤检测。在同一个一根长为4米，外径为88毫米，壁厚为4毫米的钢管(如图3-2-7所示)
上进行充机油、充水和空心钢管实验。拟定实验步骤如下:1、将压电传感器贴在管道上。在管道端部紧贴与管道截面相同的压电陶瓷环激励导波，离压电环10mm处的管道外壁沿周向均布16个相同规格的压电陶瓷片接受导波;沿管道长度方向，每隔25cm处的管道外壁沿周向均布6个压电陶瓷片跟踪记录导波传播信号。2、将所有实验仪器连接好后，进行完好空管实验。激励信号的频率从40KHZ到100KHZ每10KHZ为间隔测量一次，周期数为10和20。
3、将管道竖立，向钢管里注满水，然后再平放管道进行完好的充水管道实验。如图3-2-8所示为测量结束后将钢管中水放出。
4、将管道再次竖立，向钢管里注满机油，然后再平放管道进行完好的充机油管道实
5、进行有缺陷的充机油管道实验。利用锯弓在距离钢管端部2m处加工三种缺陷，缺陷分别为环向1/8圆弧、环向3/16圆弧和环向1/4圆弧，。对这三种缺陷分别进行超声导波检测。然后再将管中机油放出，如图3-2-9所示。
6、进行有缺陷的空心管道实验。
7、进行有缺陷的充水管道实验。
在实验中激励信号的选取尤为关键，既要避免发生频散现象，又要控制模态数量，好是单模态。为了降低在传播过程出现中频散现象，理论上激励信号应选取单频信号。但严格的单频信号很难产生，在实际激励导波的过程中，通常是取多个周期的单音频信号加窗调制，这样发出的激励信号就是以单音频信号为中心频率的一族频率不同的信号。本实验用的是Hanning窗函数。
其中n为周期数，这里w2πx，为了研究信号周期数对检测结果的影响，实验中分别编制了10周期和20周期的Hanning窗调制信号，进行对比分析，选出最佳激励信号的周期数，如图3-3-1所示
通过对4米长无损伤充机油管道的超声导波检测，研究中心频率与周期数对导波衰减程度、信号波峰值和单一模态激发的影响，来确定用来检测有缺陷的充粘性液体的管道的超声导波导波的最佳中心频率。
实验结果：在10周期不变的情况下，分别激发频率40kHz、50kHz、60kHz、70kHz、80kHz、90kHz、100kHz的导波信号。
根据图3-3-2至图3-3-8所示的导波的时程曲线图，取各个频率下的超声导波第一次端面回波峰值(第一次回波的最大值与最小值绝对值之和的一半)，绘制图3-3-9。
从图3-3-9中可以看出，当周期数为10时，在40-100kHz这段频率范围内，超声导波的第一次端面回波峰值在70kHz附近达到最大,即在70kHz左右的超声导波在充粘液管道中传播幅值最大。
综上所述，比较理想的检测周期数为10，频率为70KHZ。该信号的导波为充粘性液体管道中超声导波检测的最佳激励信号。
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