實驗名稱：單缺陷導波檢測實驗

　　研究方向：管道(dao)運輸在(zai)當今國(guo)民經(jing)濟和工業運輸領(ling)域(yu)有(you)(you)著不可或(huo)缺的(de)作用，其(qi)有(you)(you)著經(jing)濟、高效且(qie)安全的(de)優勢。然而管道(dao)在(zai)服役過程中并不是一勞永逸的(de)，隨(sui)著時間的(de)推移或(huo)者存(cun)在(zai)加工缺陷很容易(yi)致(zhi)使(shi)管道(dao)產生缺陷，最終導致(zhi)安全事故的(de)發生。因此(ci)提高現有(you)(you)管道(dao)缺陷檢測(ce)的(de)技術方(fang)法(fa)、研究(jiu)管道(dao)缺陷檢測(ce)新方(fang)法(fa)對保證(zheng)管道(dao)運輸領(ling)域(yu)可靠運行具有(you)(you)重要意(yi)義(yi)。

　　超(chao)聲導(dao)波以其(qi)特有的(de)(de)優(you)點在管道短(duan)距離和長距離檢測中(zhong)都得到了廣泛的(de)(de)研究(jiu)(jiu)，已經成(cheng)為了重要的(de)(de)缺陷檢測手(shou)段。本文基于(yu)不同參數(shu)的(de)(de)影響，通(tong)過理論(lun)分析、數(shu)值模擬與實驗(yan)驗(yan)證對時間反轉導(dao)波檢測的(de)(de)聚焦效果進行了研究(jiu)(jiu)。具體研究(jiu)(jiu)內容(rong)分為以下3個部分:

　　首先，針對(dui)(dui)包含缺(que)(que)(que)(que)陷(xian)不(bu)同模(mo)(mo)態(tai)(tai)信息的(de)(de)時反信號，探(tan)討了不(bu)同截取窗寬下的(de)(de)時反聚(ju)焦(jiao)效果，為后續研究莫定了基礎;分別對(dui)(dui)不(bu)同周向(xiang)角度(du)、徑向(xiang)深度(du)和軸(zhou)向(xiang)長度(du)裂(lie)紋缺(que)(que)(que)(que)陷(xian)管(guan)道進行(xing)了直接導(dao)波檢測(ce)和時反導(dao)波檢測(ce)，并對(dui)(dui)結果進行(xing)了比較，探(tan)究參數改(gai)變(bian)對(dui)(dui)導(dao)波檢測(ce)和時反聚(ju)焦(jiao)的(de)(de)影響(xiang);在單缺(que)(que)(que)(que)陷(xian)模(mo)(mo)型的(de)(de)基礎上建立了含雙缺(que)(que)(que)(que)陷(xian)的(de)(de)管(guan)道，研究了缺(que)(que)(que)(que)陷(xian)1與缺(que)(que)(que)(que)陷(xian)2的(de)(de)聚(ju)焦(jiao)效果以及時間反轉后雙缺(que)(que)(que)(que)陷(xian)不(bu)同軸(zhou)向(xiang)間距和不(bu)同周向(xiang)角度(du)對(dui)(dui)于(yu)后缺(que)(que)(que)(que)陷(xian)波形、態(tai)(tai)以及幅值的(de)(de)影響(xiang)。

　　其次(ci)，針對實際(ji)檢(jian)測(ce)過(guo)程中管道(dao)(dao)存在(zai)部分(fen)裸露或者難以確保換能(neng)(neng)器與(yu)管道(dao)(dao)完全耦合(he)的(de)(de)(de)情況(kuang)，提出了局部加載(zai)時間反(fan)轉導(dao)(dao)波檢(jian)測(ce)方(fang)法。該方(fang)法基于直接導(dao)(dao)波檢(jian)測(ce)接收到的(de)(de)(de)各通道(dao)(dao)位(wei)移數據，在(zai)二(er)次(ci)激勵時選擇合(he)適的(de)(de)(de)通道(dao)(dao)位(wei)置(zhi)(zhi)及通道(dao)(dao)數目(mu)進(jin)行時反(fan)加載(zai)。分(fen)析了導(dao)(dao)波與(yu)單缺(que)陷(xian)交互的(de)(de)(de)問題,研究(jiu)了缺(que)陷(xian)能(neng)(neng)量的(de)(de)(de)周向分(fen)布,并基于此(ci)以能(neng)(neng)量、缺(que)陷(xian)反(fan)射率(lv)等為指標，設(she)計方(fang)案探究(jiu)不同通道(dao)(dao)數目(mu)、不同通道(dao)(dao)位(wei)置(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)變化會對聚焦效(xiao)果產生何(he)種(zhong)影響。

　　最后，搭建實(shi)(shi)驗(yan)系統，對(dui)(dui)實(shi)(shi)際管道進(jin)行(xing)(xing)缺陷檢測，確定管道中缺陷所(suo)在軸線位置(zhi)，與實(shi)(shi)際位置(zhi)及(ji)仿真結果進(jin)行(xing)(xing)對(dui)(dui)比。采(cai)用(yong)實(shi)(shi)驗(yan)與數值模(mo)擬(ni)相結合(he)的方式對(dui)(dui)改變(bian)窗(chuang)寬(kuan)下的聚焦效果進(jin)行(xing)(xing)驗(yan)證，并對(dui)(dui)不(bu)同(tong)周(zhou)向(xiang)角度(du)(du)、不(bu)同(tong)徑向(xiang)深度(du)(du)缺陷以及(ji)局部加載的可行(xing)(xing)性進(jin)行(xing)(xing)驗(yan)證。

　　實驗目的：為了(le)提(ti)高(gao)對(dui)管道中(zhong)微小(xiao)缺陷的(de)(de)檢測精度，為超聲導波時間反轉檢測更快地應用于實際檢測工(gong)程中(zhong)，適應實際檢測過程中(zhong)換能器不能完全耦合的(de)(de)問題(ti)奠定(ding)了(le)一定(ding)的(de)(de)基礎，

　　測試設備：任(ren)意波(bo)形(xing)發生器(qi)、ATA-8202射頻功率(lv)放(fang)大(da)器(qi)、收發轉換(huan)器(qi)、ATA-5320前(qian)置放(fang)大(da)器(qi)、數字示波(bo)器(qi)。

　　實驗過程：ATA-8202射(she)頻功(gong)(gong)率(lv)放(fang)大器(qi)(qi)(qi)采用液晶顯示(shi)屏(ping)面板(ban)顯示(shi)，工作(zuo)模式ClassA，具有線性(xing)度高，失真小、使(shi)用壽命長、性(xing)能(neng)(neng)穩定等優點。飽和輸出功(gong)(gong)率(lv)200W，功(gong)(gong)率(lv)增益47dB，增益調(diao)(diao)節0.5dB步進。實驗過(guo)程中，選(xuan)擇的(de)(de)激勵信(xin)(xin)號(hao)(hao)與有限(xian)元仿真保持(chi)一(yi)致，通過(guo)管道端部的(de)(de)周向均勻布置的(de)(de)16個(ge)長度伸縮(suo)型壓電換(huan)(huan)能(neng)(neng)器(qi)(qi)(qi)，結合收發轉(zhuan)換(huan)(huan)器(qi)(qi)(qi)實現(xian)信(xin)(xin)號(hao)(hao)的(de)(de)收發功(gong)(gong)能(neng)(neng)。波(bo)形發生器(qi)(qi)(qi)產(chan)生的(de)(de)調(diao)(diao)制脈沖信(xin)(xin)號(hao)(hao)，經(jing)過(guo)功(gong)(gong)率(lv)放(fang)大器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)增強后(hou)(hou)，在換(huan)(huan)能(neng)(neng)器(qi)(qi)(qi)上(shang)實現(xian)了(le)軸向加(jia)載，從而引發了(le)縱向模態導(dao)波(bo)的(de)(de)產(chan)生。這些導(dao)波(bo)信(xin)(xin)號(hao)(hao)沿著管道軸向傳播，與管道中的(de)(de)缺(que)陷發生交互，進而產(chan)生反(fan)射(she)和透(tou)射(she)波(bo)。隨后(hou)(hou)，反(fan)射(she)回波(bo)信(xin)(xin)號(hao)(hao)被換(huan)(huan)能(neng)(neng)器(qi)(qi)(qi)重新(xin)捕獲，轉(zhuan)化為微弱(ruo)的(de)(de)電信(xin)(xin)號(hao)(hao)。這一(yi)信(xin)(xin)號(hao)(hao)經(jing)過(guo)前置放(fang)大器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)進一(yi)步放(fang)大后(hou)(hou)，傳輸至示(shi)波(bo)器(qi)(qi)(qi)進行記錄(lu)。最終，通過(guo)上(shang)位機實時地展示(shi)了(le)這一(yi)檢測過(guo)程。

　　圖1-1：實(shi)驗平臺及裝置

　　實驗結果：本實(shi)驗搭建(jian)了超聲導(dao)波(bo)管(guan)道(dao)缺(que)陷檢(jian)測系統(tong)，針對管(guan)道(dao)中出現的(de)腐蝕缺(que)陷對管(guan)道(dao)進(jin)行(xing)了直接導(dao)波(bo)檢(jian)測和(he)和(he)時反導(dao)波(bo)檢(jian)測，同時對局部加載導(dao)波(bo)檢(jian)測進(jin)行(xing)了實(shi)驗驗證(zheng)，得出以下結(jie)論：（1）對含腐蝕缺(que)陷的(de)管(guan)道(dao)進(jin)行(xing)導(dao)波(bo)檢(jian)測的(de)軸向定位較(jiao)(jiao)準確(que)，誤差較(jiao)(jiao)小，超聲導(dao)波(bo)可以有效對管(guan)道(dao)中存在的(de)腐蝕缺(que)陷進(jin)行(xing)檢(jian)測；

　　（2）時反(fan)(fan)導波檢測的缺陷反(fan)(fan)射(she)率隨時反(fan)(fan)窗寬的增大(da)(da)而增大(da)(da)，與仿真結論一致(zhi)；

　　（3）隨著蝕坑密(mi)度的增大(da)，直接導波(bo)(bo)檢測和時(shi)反導波(bo)(bo)檢測的缺陷(xian)反射(she)率(lv)都(dou)增大(da)，并且(qie)對于較小腐蝕缺陷(xian)提升較大(da)；

　　（4）周(zhou)向加載(zai)角度較小時，激發出的非軸對稱導波模態(tai)較多，與缺(que)陷(xian)交互(hu)之后模態(tai)成分更(geng)復雜，造(zao)成缺(que)陷(xian)波包難以被識(shi)別

　　圖：不同加載位(wei)置實驗信號

　　圖：不同(tong)蝕坑密度缺陷實驗檢測(ce)結果

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　　圖：ATA-8000系列射頻功率放大器指標參數

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