基于超声波等方式的管道内物质状态的探测方法的研究
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。
地下管线测量中的超声波测量技术应用研究
地下管线测量中的超声波测量技术应用研究地下管线在现代城市建设中起着至关重要的作用，包括给水管线、排水管线、天然气管线等。
然而，由于地下管线通常埋藏在地下深处，不可见且不易检测，给地下施工和维护带来了很大的挑战。
因此，研究地下管线测量技术对确保工程施工质量和减少事故发生具有重要意义。
本文将探讨在地下管线测量中的超声波测量技术的应用。
超声波测量技术是一种非破坏性检测方法，通过利用超声波在介质中的传播特性来判断管道的存在、位置和状况。
与传统的地下管线测量方法相比，超声波测量技术具有许多优势。
首先，超声波能够穿透地下介质并检测管线的位置，无需进行地面开挖。
其次，超声波可以通过信号处理和图像重建技术生成管道的三维模型，提供更详细的信息。
此外，超声波测量技术具有高精度和高灵敏度，能够检测到微小的管线损坏和漏水问题。
在地下管线测量中，超声波测量技术可以应用在多个方面，包括管道定位、管道破损检测和管道厚度测量等。
首先，通过发射超声波信号并记录其传播时间，可以准确确定管道的位置。
这能够帮助施工人员在地下施工时避免损坏管道，提高工作效率。
其次，超声波检测技术还可以用于管道破损的检测。
当管道遭受压力或外力作用导致损坏时，超声波技术能够检测到损坏区域并确定损坏的严重程度。
此外，超声波技术还可以用于测量管道的厚度，从而评估管道的耐用性和预测其寿命。
然而，超声波测量技术在地下管线测量中也存在一些挑战和限制。
首先，地下介质对超声波的传播会产生多径效应和散射现象，使得信号难以准确接收和解读。
其次，地下管线的种类和材质不同，对超声波的传播特性有影响，使得测量结果的准确性有一定的局限性。
最后，超声波测量技术的设备和操作需要专业的知识和技能，增加了使用的复杂性和成本。
为克服超声波测量技术在地下管线测量中的挑战和限制，我们可以采取一些改进措施。
首先，通过优化超声波信号的频率和幅度，可以提高信号穿透地下介质的能力。
其次，在信号处理和图像重建方面，引入先进的算法和技术，提高测量结果的精度和可靠性。
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。
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。
管道泄漏检测
管道泄漏检测1. 简介管道泄漏是工业生产过程中常见的问题之一。
泄漏不仅会造成资源浪费，还可能导致环境污染、安全事故等严重后果。
因此，对管道泄漏进行及时、准确的检测至关重要。
本文将介绍一种常用的管道泄漏检测方法——超声波检测。
2. 超声波检测原理超声波检测是利用超声波在材料中传播和反射的特性来检测管道泄漏的方法。
其原理基于声波在不同介质中传播速度不同的特性。
当声波在管道内传播时，如果遇到泄漏点，部分声波将从泄漏点喷出，形成超声波波束。
通过检测超声波的反射信号，可以确定管道泄漏的位置和严重程度。
3. 超声波检测设备超声波检测设备主要由发射器、接收器和信号处理器组成。
发射器产生超声波信号，接收器接收反射的超声波信号，信号处理器用于处理接收到的信号并输出泄漏的位置和严重程度。
现代超声波检测设备通常使用数字信号处理技术，具有高精度、快速响应和可靠性强的特点。
4. 超声波检测的优势相比其他传统的管道泄漏检测方法，超声波检测具有以下几个优势：•非接触性：超声波检测无需直接接触管道，避免了传统方法中可能引起的二次污染和安全风险。
•高灵敏度：超声波检测可实现对小型泄漏的检测，能够及时发现并防止泄漏事故的发生。
•广泛适用性：超声波检测可以应用于各种材料的管道，如金属、塑料等。
•实时性：超声波检测设备响应快，可以实时监测管道泄漏情况，及时采取措施进行修复。
5. 超声波检测的应用场景超声波检测在各个行业中都有广泛的应用。
以下列举几个常见的应用场景：5.1 石油化工行业石油化工行业中的管道泄漏可能导致严重的环境污染和安全事故。
超声波检测可应用于石油储罐、管道和设备的泄漏监测，及时发现并处理泄漏问题，保障生产和环境安全。
5.2 食品加工行业食品加工行业的管道泄漏可能导致食品被污染，威胁消费者的健康。
超声波检测可用于食品加工设备的泄漏监测，确保生产过程的卫生安全。
5.3 市政工程领域市政工程中的管道泄漏可能导致供水、排水系统的故障，影响居民的正常生活。
一种管道内垢层厚度的超声波检测方法
一种管道内垢层厚度的超声波检测方法【原创实用版3篇】《一种管道内垢层厚度的超声波检测方法》篇1一种管道内垢层厚度的超声波检测方法可以利用超声波测厚技术。
该技术可以通过发射超声波信号到管道内部，然后测量回波信号的时间来计算管道内垢层的厚度。
具体操作步骤如下：1. 使用超声波测厚仪，将其放置在管道外部，使超声波信号能够穿过管道并到达管道内部。
2. 调整超声波测厚仪的焦距，以确保信号能够聚焦在管道内垢层上。
3. 测量超声波信号发射和接收的时间，并计算出超声波在管道内传播的时间。
4. 根据管道内垢层的声速和超声波在管道内传播的时间，使用公式计算出道歉厚度。
需要注意的是，该方法需要知道管道内垢层的声速，并且需要对管道进行耦合，以确保超声波信号能够穿过管道并到达管道内部。
《一种管道内垢层厚度的超声波检测方法》篇2一种管道内垢层厚度的超声波检测方法可以通过以下步骤实现：1. 使用超声波测厚仪测量管道的剩余壁厚。
可以使用双向测量方式，已知声速可测厚度，已知厚度可测声速。
自动记忆材料代码和声速值，方便使用。
具有耦合状态提示功能。
超声声速仪技术规格材料代码。
2. 通过计算管道内垢层的厚度。
垢层厚度等于管道剩余壁厚与管道原始壁厚之差。
可以使用已知的管道原始壁厚或者通过其他方式测量得到。
3. 可以使用超声波测厚仪的自动记忆功能，记录每次测量的结果，以便于后续分析和比较。
需要注意的是，超声波检测方法需要考虑管道材料的声速和密度等因素，以确保测量结果的准确性。
《一种管道内垢层厚度的超声波检测方法》篇3一种管道内垢层厚度的超声波检测方法可以通过以下步骤实现：1. 使用超声波测厚仪测量管道的剩余壁厚。
可以使用双向测量的超声声速仪，如TM-8811，测量管道的厚度。
该仪器可以自动记忆材料代码和声速值，方便使用。
2. 根据管道的材料和已知的声速，可以通过计算得到管道的内径。
3. 通过对管道内径和剩余壁厚的测量值进行比较，可以得到管道内的垢层厚度。
热力管道超声波探伤
热力管道超声波探伤是一种无损检测方法，用于检测热力管道的内部和外部缺陷。
它利用超声波的原理，通过高频声波的传播和反射来检测管道内部的裂纹、气孔、夹杂物等缺陷。
这种检测方法具有高效、准确、无损等优点，因此在热力管道的检测中得到了广泛应用。
热力管道超声波探伤的步骤如下：
1. 准备工作：确定需要检测的管道段，清除管道内的杂物和积水，为探伤做好准备。
2. 仪器校准：对超声波探伤仪器进行校准，确保其准确性和可靠性。
3. 耦合剂选择：根据实际情况选择适当的耦合剂，以减少超声波在空气中的传播损失。
4. 探头安装：将超声波探头安装在探伤仪器上，调整探头的角度、位置和压力等参数，以确保能够覆盖需要检测的管道段。
5. 扫描检测：通过操作仪器上的控制面板，使探头在管道内部移动，同时记录超声波的传播和反射情况，生成检测结果。
6. 结果分析：对检测结果进行分析，判断是否存在缺陷以及缺陷的类型和位置。
7. 报告编制：根据检测结果编制报告，详细记录检测过程和结果，并提出相应的处理建议。
总之，热力管道超声波探伤是确保热力管道安全运行的重要手段之
一。
通过定期对热力管道进行检测和维护，可以及时发现并处理存在的缺陷，从而保障管道的正常运行和使用寿命。
基于超声技术的流体密度检测研究
基于超声技术的流体密度检测研究随着科技的不断发展，人们对于测量精度和稳定性的需求也越来越高，而在液体或气体的流量、单元质量计算和控制、工业生产力、环境保护等领域，测量流体密度成为了一项非常重要的工作。
传统的测量方法有浮力计法、毛细管法以及放射性核素测量法等，但是这些方法存在着许多局限性，例如浮力计法需要浸入液体，毛细管法受到粘度和表面张力的影响，放射性核素测量法有辐射危险等等，因此这些方法的使用越来越少，而基于超声技术的流体密度检测研究逐渐成为了一个热门领域。
超声波在物质中传播时，会受到物质密度、声速和衰减系数等因素的影响，因此可以通过测量超声波在物质中的传播速度和衰减程度，来计算出物质密度。
而基于超声技术的流体密度检测研究，主要涉及到了超声波的传播原理、检测方法和设备等方面。
1. 超声波传播原理超声波是机械波的一种，可以在物质中传播，其传播速度与物质密度、压力、温度、化学成分等有关，而物质密度是测量液体或气体密度的关键因素。
一般来说，超声波在液体中的传播速度要比在气体中要快，而在物质中的衰减程度则与物质的粘度、表面张力和摩擦系数等因素有关。
2. 超声波检测方法和设备基于超声技术的流体密度检测方法可以分为共振法和脉冲法两种，其中共振法是利用物质的共振频率来计算其密度的一种方法，而脉冲法则是通过发送一个短脉冲来测量超声波在物质中的传播速度和衰减程度，从而计算出物质密度。
基于超声技术的流体密度检测设备主要由发射器、接收器、信号处理器以及显示器等组成，其中发射器负责产生超声波并将其发送到被测物质中，接收器则接收被测物质中反射回来的超声波，并根据信号处理器产生的信号，计算出被测物质的密度值。
目前，市面上的超声波流体密度检测设备已经相当成熟，不仅精度高，而且测量范围广，能够适用于许多工业产品的生产和检验。
3. 基于超声技术的流体密度检测的应用前景基于超声技术的流体密度检测在工业生产和环境保护等领域中有着广阔的应用前景，例如在油田勘探和开采中可以用来测量油的密度，以帮助石油公司更加准确地掌握油田储量状况；在化工生产中可以用来监测液体的浓度、质量和流量，以保证生产过程的质量和效率；在环保领域中可以用来检测废水的水质和纯度，以及大气中的空气质量等等。
超声波检测技术在无缝钢管质量缺陷检测中的应用研究
超声波检测技术在无缝钢管质量缺陷检测中的应用研究超声波检测技术是一种非破坏性检测技术，广泛应用于工业生产中对材料质量缺陷的检测。
在无缝钢管生产过程中，质量缺陷的存在会严重影响产品的质量和安全性，因此如何有效地利用超声波检测技术对无缝钢管进行质量缺陷检测成为了一个重要的研究课题。
本文旨在探讨超声波检测技术在无缝钢管质量缺陷检测中的应用研究，并总结其优势和局限性。
超声波检测技术是利用超声波在材料中的传播和反射特性来检测材料内部的缺陷和异物。
超声波在材料中传播时会受到材料的结构、密度、粗糙度等因素的影响，当超声波遇到缺陷或异物时会发生反射和衍射现象，形成回波信号。
通过分析回波信号的强度、时间和形态等特征，可以判断材料的质量和缺陷情况。
在无缝钢管质量缺陷检测中，常用的超声波检测方法包括手持式超声波探头检测、自动超声波检测系统和多通道超声波阵列检测系统。
手持式超声波探头检测常用于对无缝钢管的表面缺陷和厚度进行检测，操作简单灵活，但只能检测到表面缺陷和近表层的情况。
自动超声波检测系统和多通道超声波阵列检测系统则能够对无缝钢管的整体质量进行检测，对内部缺陷和异物具有更高的检测灵敏度和精度。
目前，超声波检测技术已广泛应用于无缝钢管的质量缺陷检测领域。
在国内外的无缝钢管生产企业中，超声波检测技术已成为质量控制的重要手段，能够有效地检测出无缝钢管的缺陷和异物，保障产品的质量和安全性。
在无缝钢管生产中，超声波检测技术通常用于对管坯、管材和成品管的质量进行检测。
通过超声波探头对无缝钢管进行扫描，可以实时监测管壁的厚度和内部的缺陷情况，例如气孔、裂纹、夹杂物等。
超声波检测技术还能够对无缝钢管的密封性进行检测，保障产品在输送和使用过程中的安全性。
随着科技的不断发展，还出现了一些新型的超声波检测设备，如多通道超声波阵列检测系统和数字化超声波检测系统，这些设备在无缝钢管质量缺陷检测中具有更高的检测精度和效率，能够更好地满足生产企业对产品质量的要求。
工业管道完整性监测中超声导波的应用.docx
工业管道完整性监测中超声导波的应用管道作为化工企业常见的特种设备，承载着物料的传输。
由于管道工作条件恶劣，容易产生腐蚀、疲劳破坏等缺陷，严重时会引发泄露。
因此，对管道完整性进行监测和诊断成为化工企业压力管道巡检员日常维护的重要组成部分。
然而常规测厚方法对埋地或带保温架空管道完整性测定非常困难，超声导波在少开挖、局部拆保温的情况下对管道环节面壁厚腐蚀量检测具有技术优势，近年来逐渐应用于管道监测中。
1超声导波检测原理1.1模态的选择导波在管道中传播时，遇到缺陷会发生散射、反射等现象，可以通过研究导波的传播特性来评价管道结构的完整性。
导波传播具有频散性和多模态性，其可用频散曲线来表示，如图1所示。
空心圆管中的超声导波有三种模态，分别为纵向模态L（0，m），扭转模态T（0，m）及弯曲模态F（n，m），其中n=1,2,3……,m=1,2,2……，分别表示周向阶次和导波模数。
相速度曲线，纵坐标（km/s）,横坐标频率（kHz）。
从频散曲线可知，T（0，1）、L（0，1）在一定的频率下表现出非频散特性，是目前常用于工业检测的两个模态。
1.2换能器的选择针对不同的模态，传感器的选择不同。
L（0，1）模态导波为纵向对称模态，选用长度伸缩型压电陶瓷。
当在压电陶瓷上下两极加电压时，压电陶瓷在长度方向上伸缩，其伸缩振动的频率与上下两极所加电压频率相等，为使经过此压电陶瓷片激励出的振动信号在管道中只出现轴对称导波模态，可在被测管道外壁沿周向均布一系列相同规格的压电陶瓷片。
T（0，1）扭转波主要利用了磁致伸缩效应，当铁磁体磁化时伴有晶格的自发变形，即沿磁化方向伸长或缩短。
由于磁致伸缩效应的存在，当铁磁材料被外界磁场磁化时会产生一定大小的应变。
如果将铁磁性材料置于交变的磁场中，材料内质点将产生与交变的磁场同频率的磁致伸缩形变。
当这种伸缩振动以波的形式在试件中沿介质边界传播时，就形成了磁致伸缩导波。
通过施加直流偏置磁场Hs，可增强铁磁性材料的磁致伸缩形变，提高磁致伸缩导波的能量。
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基于超声波等方式的管道内物质状态的探测
方法的研究
作者：刘家铭 万志伟 张宇峰
来源：《中国科技纵横》2017年第12期
摘 要：在生产过程中尤其是石油工业中对管道的使用愈加频繁，为了确保长输管道的质
量，各种无损检测技术与工艺也逐渐应用于管道。对于目前的各项技术而言，都存在着一些缺
点，且费用较为昂贵，在生产过程中无法大规模使用。本文主要对超声波检测技术进行探讨，
分析在单相流体及多相流体中超声波检测的应用。
关键词：管道；超声波检测；单相流体；多相流体
中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）12-0086-02
1 管道探测实验背景
随着工业生产规模的扩大，在工业生产过程中对于管道运输技术的使用也更为依赖，同时
也对管道的质量提出了更高的要求，对于管道内物体的状态分析也成为了一个难题。当前，常
规的管道内检测方法有漏磁检测、涡流检测、超声波检测等，其中漏磁检测的应用最为广泛和
成熟，但漏磁检测只适用于材料表面和近表面的检测，且抗干扰能力差、空间分辨力低，因
此，被测管壁不能太厚。涡流检测由于自身特点在应用中尚存在一些技术难题，例如深透性变
化会产生类似金属缺损的信号，掩盖真正的信号。
相对于其他技术而言，超声波检测技术[1]是依靠物体本身的物理性质的一种检测技术，
受工作环境影响小，可以在不影响管道运行的情况下进行管道内检测，而且超声波技术的检测
精度高，检测速度快，可以通过不同的特殊配置从而适用于不同管径和复杂环境的管道，已经
成为近年来管道内检测领域的研究热点。
2 管道测量方法综述
2.1 单相固态测量
（1）直接物位观察法：由容器上的透明窗口直接观察物料，或用连通器原理直接观察液
体的物位，方法简单、准确、可靠，但需要现场指示，而且通过肉眼人为观测，存在较大的误
差，也降低了工业生产的效率。（2）静压式物位检测法：当被测介质密度不变时，静止介质
内某一点的静压力与此点上得介质高度成正比，则可通过测量压力计算获取物位信息。（3）
电气式物位检测法：物体运输过程中，对应的电磁场也会发生改变，从而可以将物位的变化转
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化为电量参数的变化来计算物位信息。（4）机械接触式物位检测法：通过与被检测物体的直
接接触，获取物体的质量等信息，主要有重锤式、音叉式和旋翼式音叉式等。（5）其他检测
法：声波式，光学式，辐射式等测量方法主要通过被测物体的声波，光波，热量反射测算物位
信息。
2.2 单相液态测量[2]
（1）浮力式液位检测：利用漂浮于液面上的浮标来对液体物位进行检测。（2）电气式液
位检测法：液体流动过程中，对应的电磁场也会发生改变，从而可以将流场的变化转化为电量
参数的变化来计算液位信息。
2.3 多相测量
（1）声波式：即利用超声波为代表的声波进行测量，通过使用声波的传播和反射特性进
行计算和重建多相相位和相面信息。（2）光学式和辐射式：利用红外等方式进行测量，通过
电磁波波长等特性进行测量。
3 超声波测量原理
3.1 超声波基础信息采集
3.1.1 穿透式
顾名思义，穿透式信息采集方式是指将超声波收发装置分离并置于待测物质两侧或其它利
于采集数据的位置。收集穿透待测物质的超声波作为信息源进行分析。
由于超声波有一定的穿透能力，采用穿透式正是因为如此，并且因此穿透式更适用于超声
波衰减较小的、误差可以接受的物质测量上。
该方式的使用比较甚至可以说是相当灵活，利于组成阵列，更适合搜集多样的数据。但在
发射装置的强度和接收装置的灵敏度上也有较高要求，并且对于待测物质也有一定的限制。
从经济角度来看，该方式也会使用较多的超声波检测器或收发装置，另外，这种装置的价
格也都较为昂贵，尽管使用方式多样，技巧性高，但是也会造成实验装置不够精巧、体积笨
重。相较而言，实验平台也较难搭建，各个装置的位置和固定精度要求都较高，对实验的准备
工作、信息采集和实际应用来说有一定的困难和限制。
3.1.2 反射式
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同样的，顾名思义，反射式的信息采集方式是指在同一处或者同一侧发射并接收信息。收
集从介质表面反射回的超生波信号来作为信息源进行分析和检测计算。
由于超声波在接触介面是不仅有一部分穿透，还有相当一部分声波被反射，采集这部份声
波进行实验对待测物质的要求和收发装置的强度以及灵敏度要求相比于穿透式而言要降低许
多。
但是相应的，由于收发信号的装置在同一处或同一侧，试验装置或应用中对于探测器位置
和算法的要求会相应提高。也就是说探测器的灵活性降低，所能测得的数据广度也会相应降
低，在理论上需要更多的计算和研究。
3.2 精度调整及环境补偿
3.2.1 超声波速度调整
由于环境对超声波波速有影响，为了提高测距的精度，通常用补偿算法来计算声速在不同
环境下的数值。可以从硬件和软件两个方面着手来实现测量精度的提高。
硬件：可以加入电路来进行环境温度检测。
软件：通过优化程序来准确获取渡越时间。影响波速的因素有大气压力、环境的温度、湿
度等。温度影响占主导地位，这是因为超声波是一种机械波，传播速度的直接影响因素是传播
介质密度，且介质的密度越大，声波速度越快，而空气密度和温度有密切关系。
空气中超声波速度与环境温度之间的关系可用以下公式确定：
我们提出以下方法对超声波声速进行温度补偿：采用温度采集模块获取环境温度，按照公
式对超声波声速进行补偿计算。
3.2.2 超声波路程调整
超声波与光波相同，都是以波的形式在介质中传播，所以，在多相流体中，由于存在声密
介质和声疏介质这两种不同的介质，超声波会在两种介质的界面发生折射，从而导致超声波的
传播路径发生改变，影响最终的结果。由于超声波检测技术是对管道内多相流体各相的位置进
行测量，所以在测量时，相界面的位置无法得知，所以也无法确定对应的折射角和由于折射增
加的声波路程。这个问题对于目前的检测而言是一个难题。
4 多相流体实验模拟
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根据上述方法和原理，我们拟采用Matlab编程进行实验，模拟生产过程中石油工业，输
油管道内多相流体探测[4]，验证超声波重建成像的可行性。
4.1 实验设备及说明
实验器材：
电脑1台，用于运行建模程序，显示成像结果；
51单片机1套，用于接收基础信号；
超声T/R模块多组，用于发射、接收超声信号；
橡皮泥0.5kg，用于模拟介质1；
凝胶（其他固体）一瓶，用于模拟介质2。
注：超声波T/R组件外形尺寸参数：
半径Φ=16mm，高H=10mm
4.2 实验基本原理与假设
（1）当收发组件的相对位置确定之后，收发元件之间的距离固定。（2）假设单一介质
中，声波的速度分布是一致的。（3）假设根据流体的流动特性，两相之间的分界面完全垂直
于管截面。（4）假设超声波定向性近似于一条直线。（5）若管内流动的是一相流体，在1至
8的发射组件一次开启组成的周期内，发收时间应该满足一定的数学关系。（6）如果存在两
相界面，那么速度场会产生变化，依据速度场的差异可重建管内流体图像。（7）图像重建的
核心在于判断分界面的位置，根据速度分布确定两相流体分界面的位置。
4.3 实验步骤
使用MATLAB软件编程，设置圆形管道，让4组传感器在其上均匀分布。自由设定管道
直径，液面高度，传感器位置，两种介质中的声波的传播速度。通过调节参数获得相应实验数
据，求得液面高度。模拟圆形管道图如图1所示。
4.4 实验结果
（1）不同液面高度实验数据。如表1所示。
（2）不同管道半径实验数据。如表2所示。
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在上述实验所得的数据中，我们可以看出，在大部分情况下，实际液面高度与计算液面高
度都可以较好的匹配，所以我们可以证明，通过多组传感器测量时间数据从而计算两相界面的
方法是较为科学，准确的。
5 结语
通过对于国内外许多论文文献的学习，我们对于目前用于工业生产中的各种检测技术有了
更深的了解，并且将这些技术与超声波检测技术进行对比，认识到超声波在检测技术上的诸多
优势以及应用于大规模工业生产的可能性。同时我们也对超声波的检测原理进行了学习和模拟
实验，拥有了这些理论，我们才能设计出科学而合理的方法进行管道内物质状态的探究，虽然
目前存在着许多的问题，但需要我们不断去尝试更好的方法才能得以解决。
参考文献
[1]刘时亮.超声波固态物料料位检测系统设计[D].合肥：合肥工业大学，2011.
[2]王玉磊.利用超声波技术对管道液体的无损检测[D].2011.
[3]李淑萍.基于单片机AT89S52的超声波测距系统的设计[J].自动化与仪器仪表，2009，第
6期.
[4]冯俊淇.石油管道检测中超声波技术的应用[J].科技展望，2014，第16期.