超声波电磁导波技术应用
超声导波技术在特种设备检测中的应用研究
超声导波技术在特种设备检测中的应用研究超声导波技术是一种非接触性的无损检测技术。
它利用材料中的超声波在内部传播的特性，通过不同方向、不同振幅和频率的激励信号在材料中产生导波，从而实现对材料内部缺陷和损伤的检测。
在特种设备的检测中，超声导波技术具有许多优点，比如可以对大型、长程、复杂形状的设备进行快速检测，检测效率高，覆盖面积大，同时还具有高灵敏度和高分辨率等优点。
因此，超声导波技术在特种设备检测中得到了广泛应用。
1、石油化工设备中的应用石化装置是复杂的多相反应设备，其耐压设备如压力管道和容器是生产过程中的重要组成部分，其安全可靠性对于生产安全至关重要。
超声导波技术可以通过远距离感知设备内部的裂缝、疲劳损伤、腐蚀等缺陷，进而得到设备受力情况。
因此，超声导波技术用于石化设备的检测非常有必要。
在石化设备中，超声导波技术可以检测到各种形式的内部缺陷，如管壳分离、肘部裂缝、卡箍磨损、软化点变形等问题，提供了对特种设备完整性的非常准确的评估和预测，为设备更好地保养和维护提供了重要的技术支撑。
2、核设施中的应用核设施中的设备、管道等也需要经常性地检测，以保证其安全性。
利用超声导波技术可以准确、快速地识别管道和设备中的裂纹、裂口、起伏、弯曲等缺陷，同时对材料中的应力、应变等缺陷也可以进行检测。
超声导波技术还可以通过非接触的方式，对核设施内设备的厚度、泄漏等情况进行快速检测和评估，有效提高了核设施的安全性。
3、航天器材中的应用航天器材对于材料的要求非常高，其材料往往是高强度和轻量化的特种金属材料，因此材料的损伤检测更为重要。
超声导波技术可以高效、快速地检测材料中的缺陷和损伤，包括裂缝、疲劳损伤、材料腐蚀等，为航天器材的技术支撑提供了重要的手段，同时也为该领域的研究和发展提供了强有力的保障。
总之，超声导波技术在特种设备检测中具有很大的优势和应用潜力，对于提高设备及其组件的安全性和可靠性有着重要的作用。
未来，超声导波技术也将继续发挥其高效、快速、高精度的优势，为特种设备领域带来更多的技术革新和应用突破。
超声导波技术在特种设备检测中的应用研究
超声导波技术在特种设备检测中的应用研究超声导波技术是一种非破坏性检测方法，可以用来检测特种设备中的缺陷和故障。
本文将对超声导波技术在特种设备检测中的应用进行研究。
超声导波技术有很多优势，例如可以检测出深埋在结构内部的缺陷，应用范围广泛。
在特种设备中，超声导波技术可以用来检测各种材料的缺陷，例如金属、塑料、陶瓷等。
该技术还可以实现远程和在线监测，无需接触被测物体，提高了检测效率和安全性。
1. 缺陷检测：特种设备中的零部件常常承受着高温、高压等恶劣条件，容易出现各种缺陷和损伤。
超声导波技术可以用来检测这些缺陷，包括裂纹、疲劳损伤、腐蚀等。
通过检测这些缺陷，可以及时采取措施修复或更换零部件，保障特种设备的正常运行。
2. 管道检测：在特种设备中，管道是非常重要的组成部分，承担着输送液体或气体的任务。
超声导波技术可以用来检测管道中的内部缺陷，例如管壁腐蚀、管道接头连接不良等问题。
通过检测管道的状态，可以及时发现问题并进行维修，保障设备安全运行。
3. 声波检测：在特种设备中，声波的传播和反射特性可以提供关于结构和材料性质的有用信息。
通过超声导波技术，可以分析声波的传播路径和反射信号，获取结构和材料的特性信息。
利用这些信息，可以评估特种设备的结构完整性和材料性能，提前发现潜在故障。
4. 缺陷定位：通过超声导波技术，可以确定缺陷的位置和大小。
这对于特种设备的维修和维护非常重要。
定位缺陷可以指导维修人员更好地进行修复工作，提高设备的可靠性和使用寿命。
超声导波技术在特种设备检测中具有广泛的应用。
通过该技术，可以及时发现特种设备中的缺陷和故障，确保设备的安全运行。
未来随着科技的不断发展，超声导波技术在特种设备检测中的应用还将不断拓展和深化。
超声导波检测技术的发展、应用与挑战
超声导波检测技术的发展、应用与挑战一、本文概述超声导波检测技术是一种先进的无损检测技术，通过利用超声波在材料内部传播的特性，实现对材料内部缺陷、损伤和性能变化的精确检测。
随着科技的进步和工业的发展，超声导波检测技术在诸多领域如航空航天、石油化工、医疗设备、交通运输等中发挥着日益重要的作用。
本文旨在全面概述超声导波检测技术的发展历程、应用领域以及当前面临的挑战，以期为未来该技术的研究与应用提供有价值的参考。
本文将回顾超声导波检测技术的起源与发展历程，介绍其基本原理和技术特点。
随后，将详细分析超声导波检测技术在不同领域的应用实例，包括材料质量检测、结构健康监测、故障诊断与预防等。
还将探讨超声导波检测技术在应用中遇到的主要挑战，如信号传输衰减、复杂结构检测、智能化和自动化程度不足等问题。
通过对超声导波检测技术的深入研究和综合分析，本文旨在为读者提供一个全面了解该技术的视角，并为该领域的未来发展提供有益的启示和建议。
二、超声导波检测技术的发展超声导波检测技术自其诞生以来，已经经历了数十年的技术发展与进步，其发展历程可以分为几个关键阶段。
早期阶段，超声导波检测主要依赖于传统的压电晶体作为换能器，信号处理和数据处理能力有限，因此其应用范围主要局限在一些简单的结构和材料检测中。
随着电子技术和信号处理技术的发展，超声导波检测逐渐引入了数字化信号处理技术，大大提高了信号的分辨率和抗干扰能力。
进入21世纪，随着计算机技术和大数据技术的飞速发展，超声导波检测开始进入智能化时代。
现代超声导波检测系统不仅能够实现实时数据采集、处理和分析，还能通过机器学习、深度学习等人工智能技术，对检测数据进行自动解读和预测。
各种新型的超声导波换能器、阵列探头等设备的出现，使得超声导波检测能够适用于更加复杂和精细的结构和材料检测。
在硬件技术发展的同时，超声导波检测的理论研究也在不断深入。
例如，对于超声导波在材料中的传播特性、散射机制、信号识别等方面的研究，为超声导波检测技术的应用提供了坚实的理论基础。
超声导波技术在特种设备检测中的应用研究
超声导波技术在特种设备检测中的应用研究超声导波技术是一种非破坏性检测技术，具有精度高、效率快、适用范围广等优点，在特种设备检测领域有着重要的应用价值。
本文将从超声导波技术的原理、特点和在特种设备检测中的应用研究进行深入探讨，旨在为特种设备检测工作提供新思路和方法。
一、超声导波技术的原理和特点1. 原理超声导波技术是利用固体中的弹性波进行材料内部的缺陷检测。
当超声波传播到材料中的缺陷处时，会产生散射和反射，通过测量这些散射和反射的信号可以确定材料内部的缺陷位置、大小和形状等信息。
2. 特点（1）非破坏性：超声导波技术不需要对被检测物体进行破坏性的取样分析，可以在不损害被检测物体的情况下进行检测。
（2）高精度：超声导波技术可以对材料内部的微小缺陷进行定量分析，检测精度高。
（3）快速便捷：超声导波技术可以快速对大面积的被检测物体进行全面检测，提高检测效率。
（4）适用范围广：超声导波技术适用于各种材料的检测，包括金属材料、复合材料、陶瓷材料等。
1. 风电设备的超声导波检测风力发电设备是一种特种设备，其叶片、轴承、齿轮等部件经常受到强风、湿气等环境因素的影响，容易产生疲劳裂纹、腐蚀等缺陷。
超声导波技术可以对风电设备的叶片、轴承、齿轮等部件进行全面、快速、精准的检测，发现潜在的缺陷问题，有助于及时采取维护措施，避免发生意外事故。
2. 石油化工设备的超声导波检测石油化工设备是一种特种设备，其工作环境复杂，高温、高压、腐蚀性介质等因素容易导致设备的疲劳损伤、应力腐蚀开裂等问题。
超声导波技术可以对石油化工设备的管道、容器、阀门等部件进行内部缺陷的检测，及时发现潜在的安全隐患，保障设备的安全运行。
三、超声导波技术在特种设备检测中存在的问题和发展趋势1. 存在的问题超声导波技术在特种设备检测中存在一些问题，如：对于复杂结构、不规则形状的部件，超声波传播路径较为复杂，检测结果容易受到干扰；超声传感器的选择和布置对检测结果影响较大，需要更加深入的研究和改进。
超声导波技术在特种设备检测中的应用研究
超声导波技术在特种设备检测中的应用研究超声导波技术是一种非接触式的无损检测技术，可以在特种设备及其管道中检测出隐蔽缺陷及损伤。
超声导波技术因其灵敏度高、检测速度快、精度高等优点而受到广泛关注。
在特种设备的检测中，超声导波技术已经得到了广泛的应用，本文将对其应用研究进行探讨。
一、超声导波技术的基本原理超声导波技术是利用超声波在固体中传播的特性来检测材料的内部缺陷和异物的一种技术。
当超声波通过特定的材料时，会在其中产生多个模式的波形，这些波形会沿着该材料的各种路径传播，这些路径称为超声波导。
超声导波技术是利用超声波通过导波路径来检测材料中的缺陷和异物，它可以将传感器固定在材料外表面上，通过传播的模式获取到材料内部的信息。
1、石油化工设备的内部检测石油化工设备是一类密封性较强的特种设备，一旦出现设备的损坏就会给生产造成极大的影响。
超声导波技术在这类设备的检测中扮演着重要的角色，可以检测管道的深部缺陷和裂纹，从而给设备的维护和安全运行提供了有力的支持。
2、建筑结构的缺陷检测超声导波技术不仅可以用于特种设备的检测，也可以用于建筑结构的缺陷检测中。
建筑结构的缺陷检测对于保证建筑结构的安全性至关重要，超声导波技术可以快速、准确地检测出墙体、钢筋、混凝土等建筑材料中的裂缝和空隙，对于建筑的日常维护和安全运行都有着重要的作用。
3、航空航天器的结构检测航空航天器是一类特殊的设备，其审计和维护的难度都较高。
超声导波技术可以通过航空航天器的结构进行检测，准确地寻找机体内部的散焦点和裂纹，从而保障航空器的安全飞行。
随着现代化技术的不断发展，超声导波检测技术也在不断的完善。
尤其是随着网络科技与超声技术的相结合，导波仪器的智能化和数字化成为了趋势。
目前，国内外正加紧研发新一代的超声导波检测仪器，着重解决长距离、高精度等技术难题。
未来，超声导波检测技术将进一步升级，成为特种设备检测及日常维护的重要工具。
总之，超声导波技术在特种设备检测中的应用可以为设备的安全运行及维护提供有力的支持。
超声波电磁导波技术应用
导波能提供全面的检测
管线、 容器、 船舶、和热交换管 高温应用 重复性好 可在役检测或停运期间检测 不需要耦合剂 高速扫查 粗糙的表面 厚的涂层 多种扫查显示 便携式系统更易于接近
EMAT 导波检测
从大的结构到小的管子都可以检测 高速的筛查工具 长距离的检测能力 重要的检测技术 制订相对通用的标准 针对局部和特定案例制订专项标准
N S
磁场可以通过永磁铁或电磁铁产生
常见的磁铁配置 外观形貌 • • • • • • • • • 特点 永久 “开” 可用的强劲的稀土元素 (NeFeB, SmCo) 价格便宜 难以处理大的传感器 能随时 “开” 或 “断” 提供合适的正常磁场 大的、笨重的和昂贵的传感器 方便的电驱动 非常适合的大面积磁化效果
洛伦兹力EMAT
EMAT的类型: 洛伦兹力EMAT, 磁 场垂直于涡流并获 得有效的洛伦兹力 (F=JxB) 磁致伸缩EMAT, 以 平面切向磁场建立 的磁致伸缩效应与 感应线圈的动态场 相互作用
N S
x x x x x x
磁致伸缩 EMAT
S N
x x x x x x
检测中可能会出现 的伤波信号
工件的一次端头波
EMAT 导波 试样 B-扫 图
10%
20% 30%
40%
50%
EMAT 筛查工具
能够为客户设计特定的应用
高速多种尺寸带编码 器的扫查器
大口径管周向导波 带编码器扫查器
EMAT 导波检测系统
永磁对极检小管径的 钢管方案
超声导波技术的原理与应用
超声导波技术的原理与应用1. 引言超声导波技术是一种基于声波在固体介质中传播的原理，通过激发材料中的超声波进行信号传输与检测的技术。
它在无损检测、结构健康监测、材料性能评估等领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍超声导波技术的原理和一些典型的应用案例。
2. 超声导波技术原理超声导波技术利用固体材料中的超声波在不同界面间反射、折射、散射等特性进行信号传输与检测。
其原理主要基于以下几点：2.1 材料中的超声波传播超声波是一种机械波，它通过材料中分子的振动进行能量传递。
在固体介质中，超声波的传播速度与材料的密度、弹性模量等物理特性密切相关。
2.2 声波在界面的反射与折射当超声波遇到界面时，一部分能量会被反射回来，一部分会被折射到另一个介质中。
根据反射和折射的特性，可以利用超声波在材料内部传播的路径和传播时间进行信号的检测和分析。
2.3 声波在异质结构中的散射当超声波在材料中遇到材料结构的不均匀性、缺陷等时，会发生声波的散射现象。
通过分析散射的特性，可以检测出材料中的缺陷或异物。
3. 超声导波技术的应用3.1 无损检测超声导波技术可以应用于材料的无损检测，能够探测材料内部的缺陷、裂纹等。
在航空航天、汽车制造、建筑工程等领域中广泛应用，有助于提高产品质量和安全性。
3.2 结构健康监测超声导波技术可以用于监测结构体的健康状态，例如桥梁、管道、船舶等。
通过监测超声波在结构中的传播速度、衰减等变化，可以及时识别出结构的损伤和疲劳。
3.3 材料性能评估超声导波技术可以评估材料的弹性模量、密度等物理性质。
通过测量超声波在材料中的传播速度和散射特性，可以推断出材料的力学性能和微观结构。
3.4 智能传感器技术超声导波技术可以与智能传感器技术相结合，实现非接触、远程、自动化的监测和控制。
例如在智能建筑中，通过超声导波技术可以实时监测建筑结构的变化，提升建筑的安全性和节能性。
4. 总结超声导波技术以其独特的原理和广泛的应用前景，在工程领域中得到了广泛的应用。
超声导波检测技术的发展及应用
超声导波检测技术的发展及应用
超声导波检测技术始于20世纪40年代，当时主要应用于船舶工业中用于检测其中的结构缺陷。
之后随着科学技术的发展，超声导波检测技术逐渐应用于大型工程结构的健康监测工作中。
在20世纪70年代，随着计算机技术的发展，超声导波检测技术得到了进一步的发展，能够更准确地定位和识别缺陷。
1.全面性：超声导波检测技术可以同时监测结构中的多个位置，并可以检测不同尺寸和类型的缺陷。
2.远程性：超声导波可以在结构中传播较远的距离，可以覆盖大范围的结构。
3.高灵敏度：超声导波可以探测微小的缺陷，并可以提供更准确的缺陷信息。
4.实时性：超声导波检测技术具有实时监测的能力，能够在结构中的变化发生时及时做出反应。
1.钢铁结构的健康监测：超声导波检测技术可以对钢铁结构进行长期的健康监测，及时发现结构中的疲劳裂纹或其他缺陷，提前进行维修或更换。
2.桥梁结构的监测：超声导波检测技术可以对桥梁结构中的混凝土或钢材进行监测，及时发现结构中的隐患，保证桥梁的安全使用。
3.管道的缺陷检测：超声导波检测技术可以对管道中的腐蚀、裂纹等缺陷进行检测，提高管道的运行安全性。
4.风力发电机叶片的健康监测：超声导波检测技术可以对风力发电机
叶片进行监测，及时发现叶片中的损伤，保证发电机的正常运行。
总结
超声导波检测技术是一种应用十分广泛的无损检测技术，具有全面性、远程性、高灵敏度和实时性等优势，可以在工程领域中对结构进行健康监
测和缺陷检测。
随着科学技术的不断发展，相信超声导波检测技术将会得
到进一步的完善和应用。
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波在约束下传播到端面或底部称之为导波或 板波
导波 质点振动方向 示意图
瑞利波或 表面波
椭圆形, 贯穿 一个波长
Lamb波
非对称的或 对称的
水平剪切 波
在水平方向上 与波传播方向 垂直
压电超声换能器（ UT）采用压电晶体激发超声波 、 电磁超声换能器(EMAT) 在零件中激发超声波
用 EMAT激发超声波等同于一个电动机的作业过程
100% 覆盖获取来自每一个位置的信息
圆周向的导波
高速、 体积检测 完成定位信息的捕获 高分辨率的基础 透射传输模式 声速阻尼衰减量的测量
即腐蚀坑
即均匀腐蚀
减薄速率测量
几何结构对导波传输的影响
凹坑对声波 的散射 衰减
波的传输
在减薄部位上波 传输时间改变
EMAT 导波 试样 “A”-扫波幅图
EMAT 检测技术
EMAT 导波
缺陷检测
常规壁厚减薄 孤立的锈蚀坑 均匀的腐蚀 氢致开裂 应力开裂 酸性侵蚀 贫铬 保温涂层管道腐蚀
局部导波
用于板或 大管道
EMAT
EMAT
轴向
或
圆周向
EMATs在管道里能形成有效的导波
发射传感器 接收传感器
导波沿轨道圆周环绕传播
高速完成整体筛选检测 有大面积覆盖的能力
EMAT 能够检测不能正常接近的区域
应用导波能够到达埋藏的或隐蔽的区域
EMAT 检测技术
·有保温层的管道在线监测 (CUI) ·高温管道系统 ·船舶检测 ·焊缝检测 ·管道支撑的检测 ·火焰加热器管子检测 ·容器检测 焊缝位置 土壤到空气监测
·管线的直接评价
洛伦兹力EMAT
EMAT的类型: 洛伦兹力EMAT, 磁 场垂直于涡流并获 得有效的洛伦兹力 (F=JxB) 磁致伸缩EMAT, 以 平面切向磁场建立 的磁致伸缩效应与 感应线圈的动态场 相互作用
N S
x x x x x x
磁致伸缩 EMAT
S N
x x x x x x
永磁铁
直流电磁铁
脉冲直流电磁铁
• 每秒几次的 “开” and “断” ，与零件之间没有 吸引力可以对铁磁性材料进行扫查 • 很强劲的切向磁场 • 大的、笨重的和昂贵的传感器 • 复合的电驱动 • 磁致伸缩EMAT 设计很有效
产生涡流的线圈导线可同心环绕或做成曲折的形状
常规应用
外观形状
特性 • 三个基本类型; 螺旋型, 跑道型和 “蝴蝶型” • 线圈的几何形状决定波动的形态和特性 • 覆盖范围通常从2mm 到 25mm (在某些应用 中可以范围更大) • 线圈的提离可以从材料表面到上方 6mm
线圈几何尺 寸
波动模式 波长 配置
曲折和跑道 型线圈 (螺旋)
水平剪切波
RF 线圈间距 或磁铁的尺 寸决定波长
N
S
S N S N S N
N S N S N S
S
瑞利波 Lamb波 RF 线圈间距 决定波长
曲折线圈
N
为什么应用 EMAT?
因为在役检测条件是恶劣的
EMAT能克服不利的条件
EMAT 能够快速的完成检测
常规发送体波
发送斜射体波 和导波
• • • •
曲折线圈 线圈间距决定波长 设计的宽度为了波束的指向性和聚焦 线圈的提离是非常有限的 (特别是在高频时)
很多常规声束配置为了不同类型模式的波和振动方式
线圈类型 波动模式 振动 配置方式
螺旋型线圈
水平剪切波
辐射状
跑道型
水平剪切波
线状
蝴蝶型线圈
纵波
线状
导波配置可利用磁致伸缩或洛伦兹力
HS F1电磁超声测厚仪
优点:
创新研制的非接触式测厚仪（探头悬空），颠覆传统； 高清TFT真彩高分辨率显示屏，显示不受强光影响; 小机身，大功能，波形、测量结果一览无余； 采用横波垂直入射方法，测量精度高于常规纵波测厚，测量更 轻松； 电磁方式激发超声波，工件即是超声波的发生源，不受角度影 响，测量结果与探头零偏没有关系，测量精度更高； 探头可提离，对带氧化皮、油漆层等粗糙工件可进行不打磨状 态下的厚度测量； 检测中，无需耦合剂，对环境没有影响，减少人力物力财力； 温度适用范围大，高温环境测厚用处大，且检测中没有高温耦 合剂等高价值耗材的消耗，成本低廉。
N S
磁场可以通过永磁铁或电磁铁产生
常见的磁铁配置 外观形貌 • • • • • • • • • 特点 永久 “开” 可用的强劲的稀土元素 (NeFeB, SmCo) 价格便宜 难以处理大的传感器 能随时 “开” 或 “断” 提供合适的正常磁场 大的、笨重的和昂贵的传感器 方便的电驱
工件的一次端头波
EMAT 导波 试样 B-扫 图
10%
20% 30%
40%
50%
EMAT 筛查工具
能够为客户设计特定的应用
高速多种尺寸带编码 器的扫查器
大口径管周向导波 带编码器扫查器
EMAT 导波检测系统
永磁对极检小管径的 钢管方案
镍钴合金带检大管径 的钢管方案
导波能提供全面的检测
管线、 容器、 船舶、和热交换管 高温应用 重复性好 可在役检测或停运期间检测 不需要耦合剂 高速扫查 粗糙的表面 厚的涂层 多种扫查显示 便携式系统更易于接近
EMAT 导波检测
从大的结构到小的管子都可以检测 高速的筛查工具 长距离的检测能力 重要的检测技术 制订相对通用的标准 针对局部和特定案例制订专项标准
便携式导波检测仪
重量轻和便携
电池供电
对9m长管子（无刻伤和腐蚀）检测实例分析
27m范围的3次底波
240m范围内多次底波
现场应用实例
贵阳某铝厂现场对一条管 径6英寸的管道实验
管道检测左侧图谱
管道检测右侧图谱
实验数据
实验结论
现场测试灵敏度51.2dB,能够看到焊缝和支管道位 置，且显示管道已大面积腐蚀，根据图形的记录 确定了10处腐蚀严重的位置，通过测厚及高频导 波复测，发现管道整体有大量的2-4mm减薄，局 部达到4.5mm。
超声波电磁（EMAT）导波 技术应用
导波(Guided waves):
一种以超声或声频率在 中平行于边 界传播的弹性波，与传统超声检测的恒定 波速相比，导波检测中波速会随着波的 和 的变化而变化。
受边界约束传播的波通常称为导波（Guided Waves）
导波:
什么是波导? 表面（界面） 板 棒、管子, 管道 铁轨 或 其他结构（在 很长的距离上横截面 几何形状不变） 超声导波在里面传播的 距离从几厘米到数十米
超声波激发: 电流（I）传播过程中 在工件表面感应出与激 励电流平行且方向相反 的涡流 （Je） 当涡流处于一个磁场 (B)的作用下,材料中的 质点在机械力(F)的作 用下产生位移 接收采用的是上述逆效 应，一定速度的质点位 移在磁场(B)作用下在 接收线圈中产生电压 信号
用 EMAT激发超声波等同于一个电动机的作业过程