小型超声导波管道检测系统的研究和开发
超声导波技术在管道缺陷检测中的研究
超声导波技术在管道缺陷检测中的研究一、本文概述随着工业化的快速发展，管道作为各类流体输送的主要工具，其安全性和稳定性对于工业生产和社会生活至关重要。
然而，由于长期运行、外部环境和材料老化等多种因素的影响，管道往往会出现各种缺陷，如腐蚀、裂纹、焊接缺陷等。
这些缺陷如果不及时发现和处理，可能会导致严重的后果，甚至引发安全事故。
因此，对管道进行定期、有效的缺陷检测具有重要意义。
超声导波技术作为一种新兴的无损检测技术，近年来在管道缺陷检测领域受到了广泛关注。
该技术利用超声波在固体介质中传播的特性，通过对超声波的传播速度、幅度和波形等参数进行分析，可以实现对管道内部缺陷的精确识别。
与传统的检测方法相比，超声导波技术具有检测速度快、范围广、精度高等优点，且无需破坏管道结构，因此在管道缺陷检测领域具有广阔的应用前景。
本文旨在深入研究超声导波技术在管道缺陷检测中的应用。
我们将对超声导波技术的基本原理和检测方法进行介绍，包括超声波的传播特性、信号处理方法以及缺陷识别算法等。
我们将对超声导波技术在管道缺陷检测中的实际应用案例进行分析，探讨其在不同管道类型和缺陷类型下的检测效果和可靠性。
我们将对超声导波技术的发展趋势和前景进行展望，以期为管道缺陷检测领域的技术进步和实际应用提供参考和借鉴。
二、超声导波技术原理及特点超声导波技术是一种基于超声波在介质中传播特性的无损检测技术。
其原理在于利用高频振动产生的超声波在材料内部传播时，遇到缺陷或界面会产生反射、折射或散射等现象，通过接收并分析这些反射波、透射波或散射波，可以实现对材料内部缺陷的定性、定量和定位检测。
高灵敏性：超声导波技术能够检测到微小的缺陷，如裂纹、腐蚀、夹杂等，对于保障管道安全运行具有重要意义。
长距离传播：超声导波在管道中传播时，能够覆盖较长的距离，减少了检测点的设置数量，提高了检测效率。
实时在线监测：超声导波技术可实现对管道的实时在线监测，及时发现潜在的安全隐患，为管道的预防性维护提供有力支持。
小型超声导波管道检测系统的研究和开发
（ ｒｃｓ ｎＭｅｓｒｍ ｎ ｅｈｏｏｙ＆ Ｉｓｏ ｎａ Ｌｂ Ｂ ｉｎ ｎｖｒ ｔ ｏ ｅｈ ｏｏ ， ｅ ｉｇ１０ ２ ， ｈｎ） Ｐｅｉｏ ａｕ ｅｔ ｃｎ ｌ ｉ ｅ Ｔ ｇ ｎｔ ｍｅｔ ａ， ｅ ｉｇＵ ｉｅｓｙ ｆ ｃｎ ｌ Ｂｉｎ ０ ０ ２ Ｃ ｉａ ｒ ｌ ｊ ｉ Ｔ ｙ ｇ ｊ
数模转换器
— — —
Ｊｒ～ ＿
Ｌ ｂ ＥＷ ａ ＶＩ
功率放大器
数据采集卡
激励信号 ｌ
ｌ回波信号
待测管道 超声导波接收 阵列 超声导波激励阵列
ｓｐ ｅｈ等人建立 了一套管道导波检 测系统 ， 够对有包 覆层 的管 能
道进行检测 。北京工业大学测控技术与仪器实验室建立 了一套 管道导波检测 系统 ， 系统 由多个分 立设 备组成 ， 同设备 之 间 但 不
超声导波可以沿管 道传 播非常远 的距 离 ， 可达到几 十米 ， 甚 至上百米。如果接收探头位于距激励 源较远处 ， 接收信号 就能够 包含有关发射和接收两点问结构整体性的信 息， 这样相对 原有单 点的超声波探伤法大大节省 了检 测时 间， 提高了检测效 率 ； 且 并 导波还可 以检测构件整个波传播 截面 的缺 陷。因此研 究超声 导
该 系统能够在管道 中激励和接 收超 声导 波， 通过对激励波及反射 回波的时空位置分析 ， 断出管道长度及存在的缺陷。 判 关键词 ： 声导渡； 超 高速单片机 ； 率放 大 电路 ； 电陶瓷 ； 功 压 数据采 集 中图分类号 ：Ｈ ７ ． Ｔ ８３７ 文献标识码 ： Ａ 文章 编号 ：０ ０— ８９ ２ ０ ） １— ０ ３— ３ １０ ８ ２ （０ ８ ０ ０ ３ ０
埋地管道管体超声导波检测技术的试验研究
大 于 ９ 的缺 陷 。 ％
１ 试 验 管 道 及 状 况
缺 陷 名 称
横 向 宽度 或
直 径／ ｍ ａ ｒ
深 度
／ ｍ ｍ ２ ３ ２
８
损 失 面 积 占管道 截 面
的百 分 比， ％ ９ ５ ２
９
８
８
Ｐ
— — — — — — — — —
５
２
０１ ２４５ ６６ ．０ ． ．７
Ｍｓ １ １ Ｓ ＃ ２ ＃
８７ ．０
Ｍｓ ２ Ｓ
９．３ ５ １ ．５ ２９
３ ＃ ４ ＃
１ ５ ６．０
Ｍｓ ３ Ｓ
１ ． １ ．５ １ ．０ １ ．０ ８４ １ ．３ １ ３ １ ．３ ７０８ ７３ ７６ ８０ １ ．０ ８９ ９．４ ９７
管 壁 传 播 较 远 的 距 离 而 自身 能 量 的 衰 减 很 小 ， 因 此 可
以一次 性检 测较 长距 离 （ 据 管道 本 身状 况 的 不 同 ， 根
道 上 ， 橡 胶 带 缠 绕 在 铁 钴 带 上 ，０ ｍｉ 用 １ ｎ后 ， 橡 胶 带 将
取 下 ， 后 装 上 Ｍｓ 然 Ｓ探 头 ， 开 主 机 ， 始 检 测 数 据 ， 打 开 ２
９ ％
５ ％
２ ％
Ｍｓ 导 波 检 测 技 术 的 操 作 步 骤 相 当 简 单 ：先 在 探 Ｓ 头 安 装 处 用 钢 刷 将 锈 迹 打 磨 干 净 ．然 后 剪 下 一 段 铁 钴
行 检 测 。 某 些 难 以 接 近 的管 道 系 统 ， 有 套 管 的 管 道 对 如 或 埋 地 的 管 道 ， 难 以检 测 。 与 传 统 的 超 声 检 测 相 比 ， 则
超声导波检测技术在压力管道检测中的应用研究
超声导波检测技术在压力管道检测中的应用研究【摘要】本文旨在探讨超声导波检测技术在压力管道检测中的应用研究。
引言部分介绍了本研究的背景和研究意义，指出压力管道检测的重要性。
正文部分分别从超声导波检测技术概述、压力管道检测需求分析、应用案例分析、优势与局限性以及技术改进与发展等方面展开讨论。
结论部分展望了超声导波检测技术在压力管道检测中的应用前景，并总结提出建议。
通过本文的研究，将为压力管道领域提供更加准确、高效的检测方法，有望推动该领域的发展。
【关键词】超声导波检测技术，压力管道，应用研究，需求分析，案例分析，优势，局限性，技术改进，发展，展望，总结，建议1. 引言1.1 背景介绍压力管道是输送液体或气体的重要设施，在工业生产中扮演着至关重要的角色。
随着管道运行时间的延长和环境条件的变化，管道存在着腐蚀、疲劳、裂纹等问题，给管道的安全性和稳定性带来了挑战。
及时有效地检测管道的健康状况，成为保障生产安全的关键措施。
本文将探讨超声导波检测技术在压力管道检测中的应用研究，深入分析其优势与局限性，探讨技术改进与发展方向，并展望其在压力管道检测领域的前景，旨在为压力管道检测技术的发展提供有益的参考和借鉴。
1.2 研究意义超声导波检测技术在压力管道检测中的应用研究具有重要的理论和实际意义。
随着社会经济的快速发展，压力管道在工业生产中扮演着至关重要的角色，其安全运行直接影响着生产效率和人员生命财产安全。
研究超声导波检测技术在压力管道检测中的应用，可以提高管道的安全性和可靠性，有助于预防管道事故的发生，保障工业生产的正常运行。
超声导波检测技术相比传统的检测方法具有更高的精度和灵敏度，能够检测出管道内部的微小缺陷和裂纹，实现对管道的全面监测和评估。
这对于提前发现潜在问题，及时采取修复措施，延长管道的使用寿命具有重要意义。
研究超声导波检测技术在压力管道检测中的应用，不仅可以提高管道的安全性和可靠性，保障工业生产的正常进行，还可以推动检测技术的创新与发展，为工程技术领域的进步做出积极贡献。
基于超声导波的埋地管道检测技术研究
中图分类号 TQ055. 8 + 1
文献标识码 A
文章编号 0254-6094（ 2019） 04-0366-06
管道运输量大、占地少且能耗低，是远距离持 久性流体运输的首选。管道大多采用埋地方式且 材料多为钢材，在工作环境和介质的共同作用下 会受到腐蚀和破坏，易发生故障和失效［1］。涂覆 防腐层可以有效增加管道的使用寿命，减少管道 腐蚀和破坏的可能性。但防腐层也会在环境和介 质的作用下变薄、破损和剥离，因此对管道进行有 效的监测（ 检测） 具有十分重要的意义［2 ～ 4］。
366
化工机械
2019 年
基于超声导波的埋地管道检新华1 刘晓华1 杨宇俊1
（ 1． 杭州市特种设备检测研究院； 2． 浙江省特种设备检验研究院）
摘 要 通过试验研究的方法针对不同防腐层的样管，测试了超声导波在沥青、环氧粉末和聚乙烯防腐
层中的传播特性； 同时，分别在沙土和黏土埋地环境中测试导波对不同参数的缺陷的检测能力。结果发
现，超声导波在无防腐层管道中的衰减最小，而在沥青、环氧粉末防腐层管中的衰减加剧，在聚乙烯防腐
层管中的衰减极为剧烈； 同时，缺陷的尺寸越大、距离越短，管道的埋深越低，导波的能量衰减越小； 而埋
地材料对超声导波的影响相对较为明显，黏土环境中导波能量的衰减远高于沙土环境。
关键词 埋地管道 超声导波 无损检测 防腐层 衰减特性
图 1 试验样管测试信号
在导波传播过程中，T（ 0，1） 模态的导波能量 的衰减量 与 导 波 的 声 程 成 负 指 数 关 系［3，6］，表 达
大部分钢制埋地管道都设置防腐层，对不同 防腐层下的超声导波传播研究是检验管道内部缺 陷的前提。
防腐层材料的成本、粘结性、化学稳定性、抗老 化性和环境友好性是选择管道防腐层材料的重要指 标。20 世纪 50 年代后，沥青防腐层开始广泛应用于 埋地管道外敷防腐层［9］。90 年代末，环氧粉末具有
基于虚拟仪器的管道超声导波检测实验系统的研究的开题报告
基于虚拟仪器的管道超声导波检测实验系统的研究的开题报告一、选题背景管道输送是现代工业生产中不可或缺的一项技术，而管道的安全检测和预防管道泄漏、破裂等事故的发生也是非常重要的。
传统的管道检测方式主要依靠人工巡检和磁粉探伤等方式，但这些方法存在很多不足，如只能检测表面缺陷、需要停机检测等，无法满足实际生产需要。
超声导波技术具有穿透力强、检测范围广、对管道内部的缺陷和裂纹具有很高的检测灵敏度等优点，因此被广泛应用于管道的检测中。
然而，对于学习超声导波技术的学生而言，传统的教学方式难以满足实验的要求，存在安全隐患、易受环境干扰等问题。
因此，开发一套基于虚拟仪器的管道超声导波检测实验系统，可以有效地解决这些问题，并提升学生的实践操作能力和实验室服务水平，具有重要的现实意义和应用价值。
二、课题研究的目的和意义本课题旨在研发一套基于虚拟仪器的管道超声导波检测实验系统，以实现对超声导波技术的学习和实验操作。
该系统可以模拟管道检测情景，让学生通过虚拟仪器进行实验室操作，提高实验指导的质量和效率。
同时，该系统可促进实验教学改革，提高学生的实践动手能力和创新意识，增强学生的实际操作能力，更好地满足教学需要，提升教学质量。
三、研究内容及方法1、系统设计：基于LabVIEW软件开发虚拟仪器，通过模拟管道检测情景设计出相应的提示、控制器和反馈模块。
2、模块开发：基于超声导波检测原理，开发相关模块，包括探头放置、信号检测和数据处理等模块。
3、实验设计：通过系统模拟管道检测，结合具体学习目标和教学内容设计科学合理的实验。
四、预期成果1、设计开发基于虚拟仪器的管道超声导波检测实验系统，并进行系统测试验证。
2、实现基于超声导波检测原理的相关模块开发。
3、设计管道检测情景下的科学、实际的实验，并进行实验教学效果评估。
五、可行性分析1、技术可行性：本课题所采用的虚拟仪器技术和超声导波检测技术都已得到广泛应用，技术可行性得以保证。
2、经济可行性：该实验系统基于LabVIEW软件开发，软件成本较低；硬件部分采用市面上的通用设备和元件，成本较低，经济可行性也得到保证。
超声导波管道无损检测技术及应用
超声导波管道无损检测技术及应用
超声导波管道无损检测技术是一种利用管道中固有传播的弹性波传递声波信号，从而检测管道内部状态的方法。
它具有高效、精确、无损、不需要管道开挖的优点，广泛应用于石油、化工、天然气、核电和航空等行业。
该技术在检测管道内部存在的裂缝、氧化、腐蚀、壁厚变化等缺陷方面具有广泛的应用。
超声导波管道无损检测技术的核心是管道内部传播的弹性波，将弹性波信号转化为电信号，并通过信号处理与分析，得出管道内部状态的相关信息。
该技术主要有三种探头类型：双向检测探头、单向检测探头和球形检测探头，以满足不同管道尺寸和形状的需求。
随着技术的发展，超声导波管道无损检测技术还可以与无损检测机器人和云计算等智能技术相结合，实现对可视化管道内部状态及历史数据的追踪和管理。
在应用方面，超声导波管道无损检测技术的主要优点是无需管道开挖或者拆除，以及高效、准确地识别出管道内部状态。
它可以精确地查找到管道壁的缺陷、管道环境内的氧化情况、均匀性变化、破损情况等，从而为维修保养、管道安全检测和材料选择提供有力支持。
此外，它还可以作为管道日常检测和维护的工具，能够节省成本、节约时间、提高效率。
综上所述，超声导波管道无损检测技术具有在管道安全、质量和效率方面带来的前所未有的优势，是现代工业的重要技术之一。
它的应用范围将会越来越广泛，并给相关工业领域带来巨大的经济效益和社会效益。
超声波检测管项目可行性研究报告项目申请报告
超声波检测管项目可行性研究报告项目申请报告项目名称：超声波检测管项目可行性研究报告申请报告一、背景和目标近年来，随着工业制造业的迅速发展，管道在工业生产和生活中扮演着重要的角色。
然而，由于管道存在着老化、磨损、腐蚀等问题，会导致安全隐患和生产事故的发生。
因此，开展管道的定期检测和维护工作，对于保障生产运行、延长管道使用寿命具有重要意义。
本项目旨在研究和开发一种基于超声波技术的管道检测系统，实现对管道内部的非破坏性检测，快速、准确地判断管道的状态，避免潜在的安全风险，提高工业生产的效率和品质。
二、项目内容1.设计超声波检测系统：根据管道特点和相关检测标准，设计一套高效、精准的超声波检测系统，包括超声波发射装置、传感器、信号处理和分析模块等。
2.开发数据分析算法：通过分析检测到的超声波信号，开发相应的数据分析算法，实现对管道内部问题的精确定位和判断。
3.搭建实验平台：建立实验平台，模拟真实工作场景，验证超声波检测系统的可靠性和精度。
4.系统集成和优化：将各个模块进行系统集成，并进行优化调试，确保系统能够稳定运行并具有较高的检测准确率。
5.实施现场试验：选择若干工业管道进行试验，验证超声波检测系统的实际应用效果，并根据试验结果进行改进和优化。
三、项目预期成果1.超声波检测系统：设计出一套高效、精准的超声波检测系统，可以对管道进行快速、准确的非破坏性检测。
2.数据分析算法：开发出相关的数据分析算法，可以通过对超声波信号的分析，实现对管道内部问题的定位和判断。
3.实验平台和试验结果：建立实验平台，验证超声波检测系统的可靠性和精度，并在若干工业管道上进行试验，得到实际应用效果。
四、项目进度和预算1.项目进度安排：-第一年：系统设计和数据分析算法开发；-第二年：实验平台搭建和系统集成优化；-第三年：现场试验和成果推广。
2.预算安排：-材料费用：100,000元；-人员费用：300,000元；-设备费用：200,000元；-其他费用：100,000元。
管道超声导波检测技术研究的开题报告
管道超声导波检测技术研究的开题报告一、研究背景随着化工、石油、能源等重要行业的快速发展，管道系统的安全问题日益引起人们的关注。
管道系统中存在的缺陷，如裂纹、腐蚀等，对管道的安全性能和经济效益造成了严重影响。
因此，在管道系统中实施有效的缺陷检测和评估技术，是维护管道系统安全的必要手段之一。
传统的管道缺陷检测方法主要是使用无损检测技术，如涡流、超声、X射线等，其中，超声检测技术作为一种基于声学能量传输的非破坏检测技术，被广泛应用于管道缺陷检测中。
管道超声检测技术主要有直接接触、水浸、干式和气压式等不同形式，但这些方法均存在着检测深度和检测精度等方面的限制。
为了克服传统超声检测技术的局限性，管道超声导波检测技术应运而生。
该技术通过在管道内部传播机械波，实现对整个管道壁厚的全局检测，具有无需接触、快速、全面、高精度等优点，成为管道缺陷检测技术中备受关注的新兴技术。
二、研究内容本文拟以管道超声导波检测技术为研究对象，探究其在管道缺陷检测中的应用。
具体研究内容如下：1. 管道超声导波检测技术原理及特点介绍超声导波检测的基本概念和原理，并重点阐述其在管道缺陷检测中的优势和应用场景。
2. 超声导波在管道中的传播特性分析分析超声导波在管道中的传播规律和特性，探究管道壁厚的影响因素以及其对导波信号的影响。
3. 管道超声导波检测信号分析及缺陷识别方法研究采集探头产生的超声导波信号，分析信号特性，并针对不同类型的缺陷，研究其对应的信号特征和识别方法。
4. 管道超声导波检测系统设计与实验验证基于前期研究成果，设计管道超声导波检测系统实验平台，通过对真实管道缺陷的检测与识别验证技术可行性和应用效果。
三、研究意义1. 对于优化传统管道缺陷检测方法、提升管道安全性有一定的实用价值。
2. 为管道超声导波检测技术的发展提供理论和实验支持，推动其在工业领域的应用。
3. 对培育高水平的无损检测技术人才，提高我国无损检测领域的科学水平具有积极意义。
管道超声导波检测技术研究进展.pdf
第17卷 第1期2002年3月实 验 力 学JOU RNAL O F EXPER I M EN TAL M ECHAN I CSV o l.17 N o.1M ar.2002文章编号:100124888(2002)0120001209管道超声导波检测技术研究进展Ξ焦敬品,何存富,吴 斌,费仁元,王秀艳(北京工业大学机电学院,北京100022)摘要:综述管道超声导波检测技术及其应用研究进展.着重对超声导波技术和模态声发射技术在管道检测中的最新应用进行了评述,内容涉及超声导波的传播特性、实验检测方法及其数值模拟等.关键词:管道;超声导波;模态声发射;数值模拟中图分类号:O348 文献标识码:A1 引言 管道作为五大运输工具之一,在运输液体、气体、浆液等方面具有特殊的优势.世界上管道主要干线已达230多万km,1994年末我国油气管道干线已达17387km,城市供水系统更是极为庞大的管道网络[1].然而管道在长期使用中受冲刷和腐蚀导致管壁减薄,常常发生泄漏事故,不仅造成经济上的巨大损失,且会污染环境影响生态平衡.据统计世界各大中城市自来水的泄漏损失率在20%左右[2].近年来有许多管道发生事故,更引起世人的极大关注.例如, 1993年委内瑞拉一条气体管道发生泄漏,气体爆炸,致使51人死亡;1994年美国新泽西州的一条管道泄漏,造成火灾,致使1人死亡50多人受伤.近年来还有其他一些国家如俄罗斯、加拿大和英国等国家的管道发生各种事故的报道.据不完全统计,截止1990年,我国仅输油管道在20年时间里,共发生大小事故628次.天然气管道也曾多次发生事故,后果特别严重,给人民生命财产造成了严重的损失[3].更为严重的是管道泄漏造成了严重的环境污染,加剧了原本已经恶化的人类赖以生存的地球空间.尽管使用常规无损检测方法(如超声检测爬机、漏磁检测爬机等)对管道检测有着众多的优势所在[4-9],如技术成熟,只需对工人稍加培训,就可以利用现有的专门设备进行检测.但常规无损检测技术都存在一个严重的不足:检测过程为逐点扫描式,因此常规无损检测方法不可Ξ收稿日期:2001205223;修订日期:2002202220基金项目:国家自然科学基金(19972003)、北京自然科学基金(3992006),北京市教委科技发展项目,教育部高等学校骨干教师资助计划项目作者简介:焦敬品(1973-),女,北京工业大学机电学院讲师,在读博士研究生.主要研究领域:结构安全监控研究.2 实 验 力 学 (2002年)第17卷 能有效的用于当前工业中广泛使用的成千上万公里的管道检测.而超声导波检测技术和模态声发射技术是解决这一问题的潜在可行的方法.本文旨在概述超声导波技术和模态声发射技术在管道检测中的最新研究进展及发展趋势.2 超声导波技术 多年以来,超声导波在空心圆柱体中传播课题的研究备受国外学者关注.Gazis[10,11]利用弹性理论求得简谐波在无限长的空心圆柱体中传播的通解.Green spon[12,13]也对弹性理论进行了研究,并且发表了有关圆柱壳弥散曲线和位移场的论文.由于工业生产中迫切需要先进的管道无损检测技术,因此出现了将导波技术应用于管道缺陷检测的研究.1979年,T hom p son 等[14]将E M A T(电磁声传感器)应用于蒸汽发电机管道的裂缝检测.Silk和B ain ton[15]利用压电超声探头在热交换管道中激励超声导波,他们也对裂纹检测进行了实验,证明了利用超声导波技术对管道检测的可能性.B rook et al[16]证明了利用柱状导波对管道进行检测的可行性,柱状导波由管道一端施加法向载荷激励.有趣的是Silk和B ain ton利用L(0,1)模式导波对管道进行检测,而B rook等利用的却是L(0,2)模式导波.这是由于不同的激励方法产生的不同的激励模式.Silk和B ain ton是从管道内部激励导波的,而B rook等是从管道一端横截面处激励导波的.这些实验证明了利用超声导波对管道检测的有效性,但是现场应用尚处于空白.根据选用导波模式数量的不同,可将管道超声导波检测技术分为单一模式导波检测技术和多模式导波检测技术两种方法.2.1 单一模式导波检测导波模式的选择是管道检测系统的一个关键问题.若不能很好解决,导波技术就毫无优势可言.通常,激励源将产生出在其频率带宽内的所有模式,导致接收信号非常复杂而无法分析.但是可通过某些特殊的激励方式激励单一模式的导波.目前,在国外超声导波管道检测中常用的单一模式导波为L(0,2)模式导波.这是因为此模式在以下几方面具有显著优势:1)在某一特定频率附近的很宽频率范围内,此模式几乎是非频散的,即群速度、相速度不随频率明显变化,因此使得信号形状在传播过程中基本保持不变;2)它是传播最快的模式,因此任何不希望出现的模式信号都在其后到达;3)它对任意圆周向内表面与外表面缺陷具有相同的灵敏度,即此模式导波既可检测内外表面,也可检测沿厚度方向的缺陷.选择的激励信号一般为一个窄带信号,如H ann ing窗调制的5到10周期的音频脉冲信号,这样的信号既能保证具有一定的强度,并且避免了在较长传播距离时的弥散.一般采用沿管道表面圆周向均匀布置的若干个压电传感器来激励信号.压电传感器的数量必须大于信号频率范围内的出现的导波模式的最高阶次(即大于在激励信号的截止频率范围内出现的导波模式的最高阶次,也就是F(n,1)模式中的n).例如,图1所示激励信号(H ann ing窗调制的10个周期的70kH z单音频脉冲)的-40dB截止频率为84kH z,而在76mm的40#钢管(管壁厚5.5mm)中下限截止频率小于84kH z的最高阶次弯曲导波模式为F(11,1)(如图2所示), 152mm的40#钢管(管壁厚7mm)为F(20,1).因此将16个和32个压电传感器分别用于76mm管和152mm的40#钢管的激励就可以满足以上要求.只有将足够数量、等间距、等特性的传感器对称、均匀地沿管道圆周向布置,才能只激励轴对称模式导波.但此时仍有T (0,1),L (0,1)和L (0,2)三个对称模式存在.利用只激励管道轴向运动的传感器可避免扭转模式T (0,1)的出现;通过相距为L (0,1)模式导波波长的两个传感器环来削弱L (0,1)模式而增强L (0,2)模式.为优化检测系统,一个很实用的方案是尽量激励向前传播的波,而使向后传播的波的能量尽可能小,这可通过在距离为激励的导波模式的1 4波长远处布置另一传感图1 H anning 窗调制的10个周期的窄带脉冲信号(a )时域(b )频域图2 76mm 直径管群速度弥散曲线[17]3第1期 焦敬品等:管道超声导波检测技术研究进展 器环(相位相差Π 2)来实现[17].超声导波在管道中传播时,遇到缺陷、端面、焊缝及弯曲处都将发生反射.同样,管道中激励的轴对称L (0,2)模式导波(或其它单一的轴对称模式导波),传播过程中遇到非轴对称的缺陷时,缺陷回波不仅含有L (0,2)模式,还会发生模式转换而产生其它模式导波.尤其是当管道中近似轴对称的焊缝中出现非轴对称的周向小裂纹时,L (0,2)模式回波能明显反映焊缝回波.当缺陷与焊缝不重合时,L (0,2)模式也能鉴别缺陷;当缺陷与焊缝重合时,L (0,2)模式的回波并不能显示出与前一种情况(只有焊缝,没有缺陷)的明显差异.而反射回波中的F (1,3)模式导波,对轴对称焊缝不敏感,却对缺陷及焊缝中的缺陷都极敏感[18].因此,对更高阶次模式的导波的研究,将更有利于对缺陷的全面检测.2.2 多模式导波检测:一种模式的导波可能只对某一种缺陷敏感,而对其它类型缺陷不敏感.在实际检测中,缺陷的类型和位置都是未知,因此有必要对多模式导波检测技术进行研究.可以通过多种方式激励所需要的多模式导波,如梳状传感器、兰姆波传感器和可变入射角度传感器方法等.图3 直径18.9mm ,壁厚1.22mm 镍管群速度弥散曲线[21]通过梳状传感器激励多模式导波时,梳状传感器可看作为相速度的筛选器[19].众所周知,当传感器的布置方式关于管道周向对称时,将只会激励轴对称的导波模式.梳状传感器由四个传感器环组成(保证关于管道周向对称),中间用窄塑料环来保证传感器环之间的距离,不同的间隔距离将产生不同模式的导波.这是因为单独一个传感器环会激励多模式导波,多个环激励的导波模式将相互作用,当环间距为某一个模式导波波长时,将只激励该波长的模式导波.而且导波波长为频率的函数,在相速度频散曲线上对应一条斜线,如图3所示.对一根直径101.6mm 、长6.4m 、外包硅酸钙绝缘层的40#钢管进行缺陷检测,利用梳状传感器激励多模式导波,并通过频率扫描不同模式的导波以识别所有类型的缺陷.实验表明:400kH z 的L (0,2)模式导波可检测出40%壁厚减薄的的人工缺陷,480kH z 的L (0,3)模式导波可检测出3×34 实 验 力 学 (2002年)第17卷 排列的焊孔.因此也表明了多模式导波检测技术较单一模式导波检测的优势:通过多种不同模式的导波可实现对多种缺陷的同时检测.专门用于管道检测的兰姆波传感器是利用市场上现有的超声传感器,通过一种新的耦合机理来实现多模式导波激励的[20].其中的一些传感器需要在超声传感器和管道之间添加耦合液体,这种传感器可以检测水平管道;另外一些传感器则使用固体耦合介质,这样的传感器可用于检测水平、垂直、倾斜管道.设计这种传感器的目的是在管道中激励不同模式的柱状导波.通过改变激励频率、倾斜角度和传感器的数量,这种基于新耦合机理的超声传感器可以在管道中激励轴对称或非轴对称的兰姆波.将这种激励多模式兰姆波技术应用于管道检测表明,即使当缺陷距离传感器较远时,传感器也可实现对缺陷的检测,并且可估计出受损程度.通过局部载荷斜入射方法激励非轴对称的多模式导波也可实现管道缺陷检测[21].对蒸汽发电机的铬镍铁合金管施加局部载荷激励,其声场分布中轴向场和周向场完全不同.虽然非轴对称模式导波的声场比轴对称模式导波的声场要复杂的多,但还是有必要对非轴对称模式导波进行研究.这是因为:由于空间的有限性和传感器的效率,通常难于激励单一轴对称模式导波;导波在缺陷处反射后也会有模式转变.通过三维调谐(距离、频率和入射角度)的方法,避免了距离、频率和入射角度单一组合可能造成的管道“盲点”处的漏检,实现管道100%范围的检测.非轴对称模式导波在长距离检测方面的较强地有效性也得以证实.为了更好地将导波技术应用于管道检测,就有必要深入地对轴对称模式导波和非轴对称模式导波在空心圆柱体中的传播进行研究[22].首先对轴对称和非轴对称面载荷激励的导波模式进行研究.为了对导波的叠加进行理论分析,引入简正模式的概念,并对每一模式导波的振幅系数随面压力载荷形状的变化进行了研究.实验利用一个梳状传感器和函数发生器在一个镍管上施加面载荷,通过改变面载荷条件,如周向加载角度、轴向加载长度、频率、相速度,来控制轴对称和非轴对称模式导波的激励.实验研究表明,可以利用非轴对称的局部载荷方法激励轴对称的导波模式,这对于周向尺寸有限的管道检测特别有用;缺陷反射回波中的弯曲模式导波包含反射物周向角度和类型、大小的特征信息.利用安放在管道内部的永久电磁铁式(PPM )电磁声传感器(E M A T )来激励和接受沿管道圆周方向传播的SH 波也可实现管道检测[23].PPM 2E M A T 装置固定在轮上,轮可以方便地沿管道轴向运动,有利于实现快速检测.在检测的每一位置,利用一个超外差式相速度灵敏探测器可以测得SH 0和SH 1模式的往返信号的幅度和相角偏移,这些信息可以反映管道表面的缺陷状况,并可提供有关轴向缺陷位置和缺陷深度的信息.实验结果表明,SH 1模式的导波的幅度和相位偏移比SH 0模式对缺陷的灵敏度更高.虽然实验管道的外包层降低了信号强度,但实验证明该方法对管道缺陷检测也较为有效.此外,在管道一端通过轴对称布置的压电传感器激励低频窄带脉冲信号,低频窄带脉冲信号的空间相位和幅度大小具有一些特殊的波传播特性,这些特性可用于确定结构中的缺陷状况.这种技术特别适用于径向不均匀和轴向各向异性的管道的缺陷检测,如由复合薄层绕成的纤维强化管道[24,25].目前,国内关于管道的超声导波检测技术的研究还鲜见报道.尤其在实验检测方面,如导波的激励方法、激励接收系统、波形模式和激励频率的选择等还未见报导.但已有此研究方向的综述[26].5第1期 焦敬品等:管道超声导波检测技术研究进展 6 实 验 力 学 (2002年)第17卷 3 模态声发射技术 声发射(A E)是本世纪五十年代后迅速发展起来的一种无损检测方法,它是指物体在形变或受外界作用时,因迅速释放(弹性)能量而产生瞬态应力波的一种物理现象.与超声、涡流等其它无损检测方法相比,声发射具有能动态监测且覆盖面大的优势,因此在材料研究、压力容器评价、飞机构件的强度监视和测定等方面已取得了较明显的效果.霍臻[27]利用声发射技术对压力管道的泄漏进行了检测,实验证明应用泄漏应力波信号检测气体和液体的泄漏是可行的,并具有较高的灵敏度,但还存在一些问题,如难于准确确定泄漏源的位置,检测灵敏度受噪声的影响很大等.因此要将声发射技术进一步推广应用,必须首先解决以下问题:1)源定位不准确问题;2)信号解释问题;3)噪声问题.模态声发射是近年来发展起来的声发射检测新技术,它克服了传统基于体波传播的共振传感器(R SP)参数声发射检测的上述诸多不足.模态声发射认为被测材料结构中的源或声发射事件在负载作用下,产生的是频率和模式丰富的导波信号,而且可以利用导波理论和牛顿力学定律将上述困扰声发射发展的问题得以解决,从理论上得到了较好的解释和表达,并通过建立简单明确的物理数学模型表征问题.模态声发射自90年代初期在美国问世以来,便迅速得到较好应用.M.Su rgeon, M.W evers[28]对CFR P薄板的声发射信号进行了模式分析,实验结果表明,利用模态声发射技术既可以对声发射信号作出合理解释,也可以实现准确的源定位和分离噪声的目的.由于充液管网的弥散特征,使得传统相关分析方法难以准确确定管网中泄漏源的位置. L ance E.R ew erts等[29]建立了管网泄漏理论模型,获得了其声发射事件的基本特征.并采用了两种算法对泄漏源定位中超声信号的弥散进行了补偿:时间—空间转换法可以准确确定模拟模型和现场实验中的噪声源;空间—频率转换的方法,理论证明可以通过一个或两个探头来确定泄漏位置,但这种方法有待实验的进一步证实.O sam a H unaid,W ing T.Chu[30]在一定实验条件下模拟塑料管道的多种泄漏形式,并对其泄漏信号的声特征进行研究.包括声信号或振动信号各频率成分的特征,即各频率成分与泄漏形式、流量、管压的关系,以及衰减率和波速与频率之间的关系.泄漏信号的特征研究对于泄漏检测如下方面将会有很大帮助:选择合适的的实验仪器、设计合适的检测系统、确定传播速度和精确确定泄漏源的位置.H.V.Fuch s[2]从事了多年的管道的泄漏检测的研究.研究表明,若能将声发射技术推广应用于管道泄漏检测,可将平均每年1000m3 km的泄漏量减小到500m3 km.目前,国内声发射研究大多基于传统共振传感器声发射研究.模态声发射研究工作较少,研究范围更为有限.刘松平等[31,32]介绍了模态声发射检测技术的原理、信号特征及信号源识别和定位,并对其在飞机疲劳裂纹的监测中的应用进行了介绍.而在泄漏声发射应力波在管道中的传播机理的研究,尤其在实验检测应用方面,如导波波形模式和频率的选择等还未见报导.可以预见模态声发射技术的研究必将会成为国内外声发射研究的一个热门方向.4 管道超声无损检测方法的数值模拟 超声波在结构(如杆、管、板等)中的传播问题,在数学上归结为处理一组偏微分方程的初值或初值-边值问题.然而实际问题中由于物体几何形状的不规则或介质的不均匀等原因,要得到问题的解析解,除了一些简单的问题外往往是十分困难的,因此常常应用各种数值方法来对弹性波在结构中的传播问题进行求解.弹性波传播问题的数值求解主要有两种途径:特征线法和半离散化法(半离散化法包括有限差分法、有限元法和边界元法).在特征线法中,偏微分方程转化为沿可能发生间断的特征方向积分,而半离散化法首先将偏微分方程在空间域上离散化,然后在时间域上沿平行线积分.由于在半离散化法中,积分路线与可能存在间断的曲面相交,因此在相同的计算效力的水平上,半离散化法的精度低于特征线法的精度.对于本来无弥散的偏微分方程,半离散化法还会引入离散化弥散.但是在许多情况下,特征线法的程序是相当复杂的,而半离散化法相对来说比较简单,并可得到期望的精度[33].在此主要对有限元法和边界元法在波传播问题中的应用进行介绍.F riedrich M o ser [34]利用有限元的方法对波导中弹性波的传播问题进行了模拟.以薄板和管状结构中弹性波传播问题为例,对其进行了有限元模拟和实验测试.有限元法求解结果和实验结果完全吻合,证明了有限元方法对于模拟波传播问题的有效性,并进一步指出有限元法对传统分析方法无法处理的复杂几何形状结构的波传播问题求解的可能性.D .N .A lleyne [35]利用有限元法对轴对称的L (0,2)模式弹性导波在管道切槽处的反射进行了研究.贯穿整个壁厚但周向长度不同的切槽的反射系数问题简化为三维薄膜有限元模型,并用一个轴对称模型来模拟沿整个圆周但深度不同的切槽的反射系数问题.有限元计算结果表明,L (0,2)模式导波的反射系数是切槽周向宽度的线性函数,是切槽深度的更高阶函数.M .J .S .L ow e [36]用有限元的方法对管道局部切槽引起的导波模式转换进行了研究.有限元模拟结果表明,轴对称的L (0,2)模式导波入射到切槽处,反射波包含L (0,2),F (1,3),F (2,3)三种模式的导波;并且当切槽长度很短时,反射得到的L (0,2)模式和F (1,3)模式数量相同.通过对比实验进一步证明了有限元法对导波传播问题求解的有效性.基于边界元的高效性和对缺陷的精确识别性,Cho [37]应用边界元法对导波散射问题进行了求解.通过边界元法确定了在任意形状缺陷处由于模式转换而产生的多模式导波的反射系数,该反射系数表示为缺陷大小、取向、波导几何形状和施加频率的函数.应用这种方法还可以估算出从缺陷处反射的多模式导波所携带的超声能量.Cho [38]利用混合边界元法对兰姆波在缺陷处的散射进行了分析,从而为解决由于波导厚度变化引起的复杂的导波模式转换问题提供了理想的数值工具.通过混合边界元法对特定模式的兰姆波入射位置和波导截面特定的能量分布问题进行研究,估计各种散射物(如波导的间断点和锥形部分等)处的散射和模式转换.并进一步通过计算散射场随入射模式、频率和散射物形状的变化,来研究单一兰姆波模式与散射物(波导厚度的变化)间的相互作用.理论计算结果对于提高无损检测的灵敏度和渗透力有很大帮助.7第1期 焦敬品等:管道超声导波检测技术研究进展 8 实 验 力 学 (2002年)第17卷 5 展望 从国外近几年的研究进展可以看出,各种超声无损检测技术发展势头强劲,尤其是超声导波技术和模态声发射技术,取得了前所未有的长足发展.管道超声无损检测可能的发展方向包括:波传播理论的深入化研究、检测技术的实用化转变、检测技术向监控技术的转化、检测信息的数量化等等.鉴于国内这方面的理论研究还很少,实验方法研究更为匮乏,因此应进一步加强国内这方面的研究工作.参考文献:[1] 唐秀家,颜大椿.基于神经网络的管道泄漏检测方法及仪器[J].北京大学学报,1997,33(3):319-327.[2] Fuch s H V.T en years of experience w ith leak detecti on by acoustic signal analysis[J].A pp lied A coustic,1999,(33):1-19.[3] 高福庆.管道检测的必要性[J].管道技术与设备,1998,14(2):40-42.[4] 王玉忠,陈建兰.漏磁检测技术在我国管道中的应用[J].化学清洗,1998,14(5):48-50.[5] 陈积懋.管道无损检测与评价技术[J].状态检测与分析,1997,18(1):59-62.[6] 李永年等.国内外埋地管道腐蚀状况物理检测技术现状[J].岩土工程界,2000,3(9):43-45.[7] 范弘等.钢管漏磁检测的新方法[J].钢铁研究学报,2000,12(6):50-54.[8] 陈华波,涂亚庆.输油管道泄漏检测方法综述[J].管道技术与设备,2000,22(1):38-41.[9] 冉启芳.无损检测方法的分类及其特征简介[J].无损检测,1999,21(2):75-80.[10] Gazis D C.T h ree-di m ensi on investigati on of the p ropagati on of w aves in ho llow circular cylinders.I.analyticalfoundati on[J].J.A coust.Soc.Am.,1959,31(5):568-573.[11] Gazis D C.T h ree-di m ensi on investigati on of the p ropagati on of w aves in ho llow circular cylinders.I[J].J.A coust.Soc.Am.,1959,31(5):573-578.[12] Greenspon J E.A nalysis of w ave p ropagati on in a cylindrical w aveguide.I[J].J.A coust.Soc.Am.,1960,32(5):571-578.[13] Greenspon J E.A nalysis of w ave p ropagati on in a cylindricalw aveguide. 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由图８和图９对比可明显看出缺陷回波的存在。根据理论 算出的导波波速和回波时间位置可算出缺陷位置，此导波测量 结果与真实缺陷位置相一致，达到了较好的检测效果。
３ 结束语
设计了一套专用超声导波检测系统，本系统的三大组成模 块均为导波检测所专门设计，实现装置的专用化、集成化、小型 化。可以完全脱离函数发生器、功率放大器、示波器等通用仪 器，而进行管道超声导波检测，为进一步研究导波检测技术和导 波检测仪器打下了良好的基础。 参考文献： ［１］罗斯Ｊ Ｌ．固体中的超声波［Ｍ］．北京：科学出版社，２００４． ［２］胡汉才．单片机原理及接口技术［Ｍ］．北京：清华大学出版社，
１９９６．
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２００２．
［４］周浩敏．信号处理技术基础［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，
２００１． 口
图８有缺陷管道导波回波波形
图９无缺陷管道导波反射回波
万方数据
“柔性测试助力自动化生产”泛华测控汽车电 子测试技术研讨会圆满结束
近日，泛华测控（ＰＡＮＳＩＮＯ）在广州成功举办“柔性
的搭接复杂。 针对超声导波技术的研究状况和广泛的应用前景，建立导波
检测装置有着十分重要的意义。本课题的研究内容即是研制一 台完整、集成化的专用超声导波检测装置，填补国内此类设备的 研制空白，同时为进一步研究超声导波检测技术打下硬件基础。
图１ 小型超声导波检测系统结构示意图
具体的工作原理为：单片机产生专用导波激励信号的数字 编码，经由模数转换器译码生成模拟信号，再经过功率放大器后 驱动压电陶瓷换能器。激励用压电陶瓷换能器在交变电信号的 作用下，由逆压电效应产生相应的机械变形从而在所处管道上
收稿日期：２００７—０３—３０ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（６０４０１７） 作者简介：何存富（１９６３一），男，山西人，教授，工学博士，主要从事现代 测控技术，智能仪器，无损检测技术的研究。
万方数据
论算出的导波波速即可获取管道长度、缺陷位置等信息。 １．１压电陶瓷阵列的设计
由于导波具有多模态特性…，管道导波检测通常使用轴对 称激励以获得较好的检测效果。为激励并接收轴对称模态，激
超声导波可以沿管道传播非常远的距离，可达到几十米，甚 至上百米。如果接收探头位于距激励源较远处，接收信号就能够 包含有关发射和接收两点间结构整体性的信息，这样相对原有单 点的超声波探伤法大大节省了检测时间，提高了检测效率；并且 导波还可以检测构件整个波传播截面的缺陷。因此研究超声导 波在管道中的激励、接收及应用于缺陷检测定位等问题，对将导 波技术应用在工程中具有重要的学术意义和很好的应用前景。
Ｓａｍｐｌｅ叫删 髓ｋ Ｒｕｎ：２Ｍ￥１Ｓ 卜～一一一｝一孓…一一一｛一－÷
图４ Ｗ７７Ｅ５８与ＡＤ９７０８接口电路
图５单片机程序流程图 １．４功率放大器的设计
由模数转换器输出的激励信号，其幅值仅有１ Ｖ左右，不具 备驱动压电陶瓷换能器的功率。本设计功率放大电路，将激励 信号的幅度放大至５０ Ｖ左右，并提供足够大的输出电流以驱动 压电陶瓷换能器。其特点在于输入级采用ＡＤ８１２高速集成运 算放大器，输出级采用宽带大功率三极管组成互补推挽结 构¨】。功率放大器电路结构如图６所示。实测证明此功率放大 器高频响应可达２ ＭＨｚ，输出电流最大１ Ａ，满足放大７０～２５０ ｋＨｚ超声信号和驱动压电陶瓷阵列的需求。
万方数据
图６功率放大电路结构图 １．５ ＬａｂＶｌＥＷ数据采集卡的连接
本设计采用ＬａｂＶＩＥＷ进行管道导波回波数据采集。使用 ＤＡＱ数据采集卡模拟量输入端连接接收用压电陶瓷阵列，
小型超声导波管道检测系统的研究和开发
·３５·
ＤＡＱ数据采集卡拥有５ ＭＨｚ的采样率，可以满足导波信号的采 样要求。 １．６ ＬａｂＶＩＥＷ程序的设计
测试系统的快速构建、生产线上的ＥＣＵ测试几个方面 切人，结合泛华在汽车电子测试等方面的成功案例，揭
开了“柔性测试”技术在自动化生产中的神秘面纱。参
会嘉宾有来自东风本田、捷普电子、艾默生等制造环节
的技术工程师和负责人。９５％的参会嘉宾表示：“柔性 测试”技术可以提高效率，节约时间和成本，对生产有很
大帮助。在产品展示现场，来宾对具备适应性、灵活性
何存富， 黄垚， 刘增华， HE Cun-fu， HUANG Yao， LIU Zeng-hua 北京工业大学,机电学院精密测试技术及仪器实验室,北京,100022
测控技术 MEASUREMENT & CONTROL TECHNOLOGY 2008,27(1) 5次
Ｓｔｕｄｙ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｍａｌｌ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｇｕｉｄｅｄ Ｗａｖｅ Ｔｅｓｔ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｐｉｐｅ
ＨＥ Ｃｕｎ－ｆｕ，ＨＵＡＮＧ Ｙａｏ，ＬＩＵ Ｚｅｎｇ－ｈｕａ （Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆］ｎｓｈａｚｍｅｎｔａｌ Ｌａｂ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｅｉｊｉｎｇ １０００２２，Ｃｈｉｎａ）
图３超声导波检测的激励信号
使用Ｗ７７Ｅ５８高速单片机和ＡＤ９７０８数模转换器构成信号 发生器，其电路接口设计如图４所示。 １．３单片机的程序设计
为使单片机能以最高频率向数模转换器发送导波激励信号 的数字编码，设计了专门的导波信号生成程序。其特点在于，先 计算出要发射波形的所有成
本系统主要包含激励和接收两大功能模块。激励模块由单 片、模数转换器、功率放大器和激励用压电陶瓷换能器阵列依次 串联组成；接收模块由接收用压电陶瓷换能器阵列，ＬａｂＶＩＥＷ
产生机械波。这种机械波以导波形式在管道中传播，在遇到如 管道端部或管道缺陷时发生反射，反射回波被接收用压电陶瓷 换能器所捕获，由压电效应产生相应的电信号，此信号传给 ＬａｂＶＩＥＷ数据采集卡进行模数转换，最后由ＬａｂＶｌＥＷ软件加以 处理并显示。通常在时域下分析回波信号的相对位置，结合理
测试助力自动化生产——泛华测控汽车电子测试技术
研讨会”。无论是工程师的精彩演讲、互动交流，还是基 于柔性测试技术的汽车电子测试产品展示、有奖竞答活
动，都让参会嘉宾着实感受到泛华测控带来的“柔性测 试”技术的独特魅力。
会议围绕柔性测试主题，分别从汽车传感器测试解
决方案、图像检测技术在汽车电子测试中的应用、功能
基于ＬａｂＶＩＥＷ开发了超声导波检测数据采集分析程序，用 来读取ＤＡＱ卡所采集的回波数据，对信号数字滤波，并显示。 ＬａｂＶＩＥＷ程序结构框图如图７所示。
图７ ＬａｂＶＩＥＷ程序结构框图
２ 小型超声导波检测系统的应用实验
使用所研制的小型超声导波检测系统对两根直径、壁厚、长 度均相同的不锈钢钢管进行超声导波检测。其中一根中间开有 缺陷，另一根完好。开有缺陷的检测结果如图８所示。没有缺 陷的检测结果如图９所示。
ａｒｒａｙ Ｐ砑ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ａｎｄ ａ Ｉ．ａｂＶＩＥＷ－ｂａｓｅｄ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｍａｋｅ ａ ａｃｔｕａｔｉｎｇ ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ ｒｅｃｅｉｖｅ ｔｈｅ ｅｃｈｏ ｓｉｇｎａｌ ｉｎ ｔｈｅ ｐｉｐｅ．Ｐｅｏｐｌｅ ｅａｒｌ ｇａｇｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｐｅ ａｎｄ ｄｅｔｅｃｔ ｔｈｅ ｆｌａｗ ｉｎ ｔｈｅ ｐｉｐｅ ｂｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｇｕｉｄｅｄ ｗａｖｅ；ｈＪ【ｓｈ ｓｐｅｅｄ ｍｉｅｒｏｅｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ＰＺＴ；ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ
和拓展性优势的电路板功能测试系统、汽车传感器测试
系统和汽车仪表盘检测系统十分感兴趣，不断向泛华工
程师提问，并积极参与到竞答活动中。泛华测控系统开
发部的技术主管张文靖表示：“柔性测试专注于测试测
量技术，整体考虑产品生产的需求，从而推进相关技术 在生产测试方面的专业化，构建柔性测试技术体系。”
此次活动，既推动国内汽车电子测试领域发展，还
部发出。这样波形计算过程和波形发射过程分离，就避免了波 形计算时间对采样频率的负面影响，系统的采样频率只由单片 机Ｉ／Ｏ工作频率决定。程序流程图如图５所示。
图２压电陶瓷换能器阵列
１．２单片机与数模转换器的选型与接口设计 本设计由单片机与数模转换器构成的信号发生器，用以产
生专用的超声导波激励信号。由于导波具有频散特性¨Ｊ，管道 导波检测中要使用窄带激励信号，通常采用的激励信号为１０个 周期海宁窗调制的单音频信号，如图３所示。针对管道检测被 调制的单音频信号的频率被选定在７０—２５０ ｋｔｔｚ之间。依照采 样定理Ｈ１，需要信号发生器的采样频率至少为信号频率的２倍 即５００ ｋＨｚ。实际应用中往往采用ｌＯ倍于信号频率的采样频率 才能获得较为平滑的信号波形。普通单片机工作频率较低，其 Ｉ／Ｏ工作频率旧１往往只有１ ＭＨｚ左右，由此其能生成的单音频 信号频率最高仅为１００ ｋＨｚ左右。本设计采用了台湾华邦公司 的Ｗ７７Ｅ５８高速单片机，其Ｉ／Ｏ工作频率可达５ ＭＨｚ，当取采样 频率为信号频率的ｌｏ倍时，可得到较为平滑的５００ ｋＨｚ的单音 频信号，可以满足管道检测的一般要求。数模转换器选用美国 ＡＤ公司的ＡＤ９７０８，其转换频率最高可达１００ Ｍｔｔｚ，且有较高的 信噪比，非常适用于超声信号的生成。
数据采集卡和圳Ｅｗ程序界面依次串联组成。整个系统结
构如图１所示。
英国的帝国理工大学的Ａｌｌｅｙｎｅ等人建立了一集成超声导 波激励和接收导波的实验系统，利用该系统在英国的两家化工 厂的管道进行了实地检测。美国的宾西法尼亚州立大学的Ｊｏ—
ｓｅｐｈ等人建立了一套管道导波检测系统，能够对有包覆层的管
道进行检测。北京工业大学测控技术与仪器实验室建立了一套 管道导波检测系统，但系统由多个分立设备组成，不同设备之间
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《测控技术）２００８年第２７卷第１期