超声导波简介
固体中的超声导波lamb波发展
固体中的超声导波lamb波发展摘要：一、引言二、超声导波lamb 波的定义和特点三、固体中超声导波lamb 波的发展历程1.初期研究2.技术进步和应用拓展四、固体中超声导波lamb 波的应用领域1.材料检测2.结构健康监测3.其他应用五、未来发展趋势与挑战正文：一、引言超声导波lamb 波在固体中的发展，作为一种无损检测技术，广泛应用于材料科学、工程领域等。
本文旨在概括固体中超声导波lamb 波的发展历程、应用领域及未来发展趋势。
二、超声导波lamb 波的定义和特点超声导波lamb 波，是一种在固体中传播的超声波，具有以下特点：1.波形呈平面横向波，与材料内部的结构无关；2.波速与频率无关，仅与材料本身的性质有关；3.在各向同性材料中，lamb 波的传播特性与传播方向无关。
三、固体中超声导波lamb 波的发展历程1.初期研究：超声导波lamb 波的原理最早由英国科学家mb 在1917 年提出，随后的一段时间里，学者们对其传播特性进行了深入研究，为实际应用奠定了基础。
2.技术进步和应用拓展：随着超声技术的发展，特别是20 世纪70 年代以来，超声导波lamb 波在材料检测、结构健康监测等领域的应用逐渐得到广泛关注。
四、固体中超声导波lamb 波的应用领域1.材料检测：利用超声导波lamb 波可以对材料内部的缺陷、裂纹等进行检测，从而评估材料的性能和质量。
2.结构健康监测：在建筑、桥梁、飞机等结构中，通过检测其内部超声导波lamb 波的变化，可以实时监测结构的健康状况，为安全运行提供保障。
3.其他应用：超声导波lamb 波还应用于地层勘探、生物医学等领域。
五、未来发展趋势与挑战1.发展趋势：随着科技的进步，超声导波lamb 波技术在各个领域的应用将进一步拓展，有望实现更高的检测精度和更广泛的应用范围。
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。
固体中的超声导波lamb波发展
固体中的超声导波lamb波发展固体中的超声导波Lamb波是一种特殊的弹性波，它在固体材料中传播并具有许多独特的性质和应用。
Lamb波的发展源于20世纪初Lamb教授的研究工作，他首次提出了这一概念，并系统地研究了它的传播特性和应用潜力。
Lamb波是一种表面波，它在固体表面和内部之间传播，具有高频率、长传播距离和较小的衰减特性。
Lamb波可以在不同的材料中传播，包括金属、非金属和复合材料等。
它的传播方式主要有剪切模式和压缩模式两种，这也决定了Lamb波的速度和频率。
Lamb波的传播速度与材料的机械性质有关，可以通过改变材料的物理性质来调控波速。
另一个Lamb波的重要特点是它的离散频谱。
Lamb波的频率是离散的，这是由于波在固体中传播时会发生衍射和干涉的现象所导致的。
这种离散频谱的特点使得Lamb波在材料缺陷检测和结构健康监测方面具有独特的优势。
通过分析和识别Lamb波的频谱特征，可以提取材料中的缺陷和损伤信息，以实现对结构的无损检测和评估。
Lamb波在工程领域的应用非常广泛。
首先，Lamb波可以用于结构健康监测。
结构健康监测是指通过对结构进行连续监测和评估，以发现和诊断结构中存在的缺陷和损伤。
Lamb波作为一种表面波，可以直接传播到结构内部，对结构的全局和局部缺陷进行探测。
通过对Lamb波在结构中传播的特性进行分析和识别，可以及时监测结构的健康状态，提前发现和修复可能的损伤。
其次，Lamb波还可以用于材料的缺陷和损伤检测。
材料的缺陷和损伤对其力学性能和使用寿命有重要影响，因此对材料进行缺陷检测和评估非常重要。
Lamb波可以通过对材料中出现的缺陷和损伤反射、散射的波进行分析和识别，定量评估材料的损伤程度和位置。
这种非接触式的检测方法不仅高效准确，还可以在材料正常使用时进行，不影响材料的正常使用。
除了结构健康监测和材料缺陷检测，Lamb波还有许多其他的应用。
比如在声学领域，Lamb波可以用于声波的传播和阻尼，对声学系统进行控制和研究。
超声波电磁导波技术应用
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
超声导波技术-2理论研究
2超声导波技术理论研究2.1导波理论超声导波的产生机理与薄板中的兰姆波激励机理相类似，也是由于在空间有限的介质内多次往复反射并进一步产生复杂的叠加干涉以及几何弥散形成的[20]。
如果超声波的波长与激励条件和介质的特性满足特定的关系，超声波的波动不仅不会受到介质的阻碍，相反会像声波共振一样，将波动增强放大，从而在介质内传播很远的距离，这种特殊的波动就是导波[20]。
在无限体积均匀介质中传播并同时存在两种传播方式的波叫做体波，它主要分为纵波（P波）和横波（S波）。
纵波又叫无旋波、疏密波、拉压波；横波又叫剪切波。
其中横波又可按照偏振方向的不同，分为 SH 波和 SV 波。
SH波的偏振方向水平，SV的偏振方向垂直的。
特别的是，横波和纵波同时传播的时候会以自身的特征速度传播，两者之间不会发生波形藕合[32]。
由于边界或由于介质的不均匀性对波能折射或反射，使波能被局限在有限区域或通道内，同时波能传播受其引导，这样的区域或通道称为波导[33]。
下面取板为波导(见图2-1)，板有上下两个界面，中间就相当于有一定厚度的空间。
在这个空间层中传播的波会在上下两个界面发生很多次反射，同时传播方向是沿着板的左右方向进行，这样发生来回反射会发生复杂波形转换并参有波的干涉，形成了导波的板内传播。
这样的的系统简称平板超声波导。
在此板状波导中传播的超声波即所谓的板波(或Lmab波)。
图2-1 板中导波传播示意图图 2-2 能够简易的表明导波的激励和传播过程。
首先，对传感器给一个激励信号，就会产生超声波，因为激励传感器为斜探头，超声波就会按图2-1所示传播方向在板的上下面反射向前传播，板的上下界面制导着超声波的传播，即形成了板中的导波。
图2-2 板中导波激励与接收除了平板波导，管柱，棒和层状都可作为波导。
它们的相同点是都有一个层面用来超声波传播从而形成波导。
这样在博导中传播的超声波就被称作超声导波。
按导波激励产生方式的不同,可将导波分为两种：超声导波和磁致伸缩导波[8]。
超声导波原理
超声导波原理超声导波是一种利用超声波在介质中传播的原理进行信息传输和检测的技术。
它是一种无损检测方法，可以用于测量物体的厚度、材料的性质以及检测材料内部的缺陷等。
超声导波原理的基础是超声波的传播。
超声波是一种机械波，其传播需要介质的存在。
当超声波传播到不同介质之间的界面上时，会发生反射、折射和透射等现象。
这些现象可以用来探测界面的存在和性质。
超声导波中常用的一种技术是长波导波。
长波导波是指超声波在介质中沿着一定路径传播的现象。
在介质中，超声波被限制在一个特定的路径上传播，这个路径被称为导波路径。
导波路径可以通过改变介质的形状、尺寸和材料来控制。
利用导波路径的特性，可以实现信息的传输和检测。
超声导波的传播路径可以是直线形状，也可以是曲线形状。
直线形状的导波路径通常用于测量物体的厚度。
通过测量超声波在物体内部的传播时间，可以计算出物体的厚度。
曲线形状的导波路径通常用于检测物体内部的缺陷。
缺陷会对超声波的传播路径产生干扰，从而可以通过测量超声波的传播时间和幅度来检测缺陷的存在和性质。
超声导波的检测原理是利用超声波在不同介质中的传播速度不同的特性。
超声波在固体中的传播速度比在液体中的传播速度高，而在气体中的传播速度最低。
通过测量超声波的传播速度，可以判断介质的性质。
当超声波传播到介质中的缺陷处时，会发生反射和散射现象，从而改变超声波的传播速度。
通过检测超声波的传播速度的变化，可以判断缺陷的存在和性质。
超声导波技术在工业领域有着广泛的应用。
它可以用于测量材料的厚度，检测材料中的缺陷，以及评估材料的质量。
超声导波技术还可以用于检测管道中的堵塞物、判断液体的浓度和流速等。
此外，超声导波技术还可以应用于医学领域，用于检测人体内部的器官和组织。
超声导波原理是一种利用超声波在介质中传播的技术。
它通过控制超声波的传播路径和测量超声波的传播速度来实现信息的传输和检测。
超声导波技术在工业和医学领域有着广泛的应用前景。
通过不断的研究和发展，相信超声导波技术将会在更多的领域得到应用并取得更大的成就。
管道超声导波检验
目录
• 超声导波检验技术概述 • 管道超声导波检测系统组成 • 管道超声导波检测实验方法 • 管道超声导波检测结果分析 • 管道超声导波检测技术应用案例 • 挑战与展望
01
超声导波检验技术概述
超声导波基本原理
超声导波产生
通过特定频率的超声波在管道壁内激发导波，导 波沿管道传播。
信号特征提取方法
时域分析
通过提取信号的时域特征，如峰值、均值、方差等，来描述信号的 波形变化。
频域分析
将信号转换到频域，提取频谱特征，如主频、频带宽度等，以反映 信号的频率成分。
时频分析
结合时域和频域分析方法，提取信号的时频特征，如短时傅里叶变换、 小波变换等，以全面描述信号的时变特性。
缺陷识别与定位算法
管道变形监测
通过在工业管道上安装超声导波传感器，实时监测管道的变形情况，及时发现潜在的安全 隐患。
裂纹检测与评估
利用超声导波信号处理技术，对工业管道的裂纹进行精确检测和评估，为管道的维修和更 换提供依据。
提高管道运行安全性
通过定期对工业管道进行超声导波检测，及时发现并处理管道缺陷，提高管道运行的安全 性。
磁致伸缩传感器
基于磁致伸缩效应，实现声波的发射和接收 ，具有高灵敏度和宽频带响应。
光纤传感器
利用光纤传输超声信号，具有抗电磁干扰、 耐高温高压等优点。
信号发生与接收模块
信号发生器
产生特定频率和幅度的超 声导波信号，驱动传感器 进行发射。
信号放大器
对接收到的微弱超声信号 进行放大，提高信噪比。
滤波器
超声导波检测与其他无损检测技术的融合
将超声导波检测与其他无损检测技术（如射线检测、涡流检测等）相结合，实现优势互补，提高管道检 测的全面性和准确性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
超声导波技术
超声导波（Ultrasonic Guided Wave）检测技术（又称长距离超声遥探法）主要用于在线管道检测，包括低碳钢、奥氏体不锈钢、二重不锈钢等材料的无缝管、纵焊管、螺旋焊管。
可应用于油气管网（如天燃气管道、炼油厂火焰加热器中的垂直管路、带岩棉保温介质和漆层的架空液化气管道）及石油化工厂中的管网（如无保温层的输送CO与H合成类的淤浆管道、石油化工厂的交叉管路），码头管线、管区的连接管网，海上石油管网/导管，水下管道、电厂管网，结构管系，穿路/过堤管道、复杂或抬高管网，保温层下管道（例如带有保温层的氨水管道）、带有套管的管道，以及带有保护层的管道。
超声导波检测技术能检出管道内外部腐蚀或冲蚀、环向裂纹、焊缝错边、焊接缺陷、疲劳裂纹等缺陷。
最新的利用磁致伸缩换能器的超声导波检测已能应用于非铁磁性材料和非金属材料，除了管道检测还能用于棒材、钢索、电缆以及板盘件的检测。
超声导波检测的优点是能传播长距离而衰减很小，在一个位置固定脉冲回波列阵就可一次性对管壁进行长距离大范围的100%快速检测（100%覆盖管道壁厚），检测过程简单，不需要耦合剂，工作温度可达到零下40摄氏度到938摄氏度的高温范围，只需要剥离一小块防腐层以放置探头环即可进行检测，特别是对于地下埋管不开挖状态下的长距离检测更具有独特的优势。
下图示出管道腐蚀的常规检测与长距离超声导波检测的方法原理示意图。
常规差评声波检测是在经过表面清理的管道外面逐点扫查或抽检进行超声测厚，而超声导波检测是以探头环位置发射低频导波沿管线向远处传播，甚至在保温层下面传播，一次就能在一定范围内100%覆盖长距离的管壁进行测量，反射回波经探头被仪器接收，并以此评价管道的腐蚀状况，架设在一个探头位置的探头列阵可向两侧长距离的发射导波和接收回波信号，从而可对探头套环两侧的长距离管壁作100%的检测，从而达到更长的检测距离，目前已经能用应用于直径1.5~80英寸的管道现场检测，理想状态下可以沿管壁单方向传播最长达200米。
图1 常规超声波检测与长距离超声导波检测
超声导波检测时，若管道内存在特大面积腐蚀或严重腐蚀会造成信号衰减而影响一测检测的有效距离，如果存在多重缺陷时还会产生叠加效应；超声导波检测技术采用的是低频超声波，无法发现总横截面损失量没有超过检测灵敏度的细小裂纹、纵向缺陷、小而孤立的腐蚀坑或腐蚀穿孔；超声导波检测需要通过实验选择最佳频率，需要采用模拟管壁减薄的对比试验管；检测中通常使用法兰、焊缝回波作基准，受焊缝余高不均匀而影响评价的准确程度；超声导波的有效检测距离除了与导波的频率、模式有关外，还与例如埋地管的沥青防腐绝缘层、埋地深度、周围土壤的压紧程度及土壤特性，或管道保温层及管道本身的腐蚀情况与程度等相关；超声导波一次检测距离段不宜有过多弯头（一般不宜超过2~3个弯头，且适合曲率半径大于管道直径3倍的弯头）；对于有多种形貌特征的管段，例如在简短的区段内有多个T字头，就不可能进行可靠的检验；超声波的最小可检缺陷、检测范围随管子状态而异；超声导波监测数据的解释需要有训练有素、
特别是对复杂几何形状的管道系统有丰富经验的技术人员来进行。
由于超声导波检测不能提供壁厚的直接量值，因此最好把超声导波检测用于识别怀疑区的快速检测手段，对检出的缺陷的定量只是近似的，如果需要更准确确定缺陷的类型、大小及位置等，在有可能的条件下还需要借助其他更精确但检测速度较慢的无损检测手段进行补充评价确认。
例如采用两步法：先用超声导波快速检测管子，发现腐蚀减薄区，然后在发现缺陷的位置局部开挖，用常规超声波检测方法进行定量测定，这取决于所要求的检测精度以及壁厚减薄的局部性或普遍性，已经有资料提出直接用导波遥控法来测定壁厚。