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　　实验名称：单缺陷导波检测实验

　　研究方向：管道运输在当今国民经济和工业运输领域有着不可或缺的作用，其有着经济、高效且安全的优势。然而管道在服役过程中并不是一劳永逸的，随着时间的推移或者存在加工缺陷很容易致使管道产生缺陷，最终导致安全事故的发生。因此提高现有管道缺陷检测的技术方法、研究管道缺陷检测新方法对保证管道运输领域可靠运行具有重要意义。

　　超声导波以其特有的优点在管道短距离和长距离检测中都得到了广泛的研究，已经成为了重要的缺陷检测手段。本文基于不同参数的影响，通过理论分析、数值模拟与实验验证对时间反转导波检测的聚焦效果进行了研究。具体研究内容分为以下3个部分:

　　首先，针对包含缺陷不同模态信息的时反信号，探讨了不同截取窗宽下的时反聚焦效果，为后续研究莫定了基础;分别对不同周向角度、径向深度和轴向长度裂纹缺陷管道进行了直接导波检测和时反导波检测，并对结果进行了比较，探究参数改变对导波检测和时反聚焦的影响;在单缺陷模型的基础上建立了含双缺陷的管道，研究了缺陷1与缺陷2的聚焦效果以及时间反转后双缺陷不同轴向间距和不同周向角度对于后缺陷波形、态以及幅值的影响。

　　其次，针对实际检测过程中管道存在部分裸露或者难以确保换能器与管道完全耦合的情况，提出了局部加载时间反转导波检测方法。该方法基于直接导波检测接收到的各通道位移数据，在二次激励时选择合适的通道位置及通道数目进行时反加载。分析了导波与单缺陷交互的问题,研究了缺陷能量的周向分布,并基于此以能量、缺陷反射率等为指标，设计方案探究不同通道数目、不同通道位置的变化会对聚焦效果产生何种影响。

　　最后，搭建实验系统，对实际管道进行缺陷检测，确定管道中缺陷所在轴线位置，与实际位置及仿真结果进行对比。采用实验与数值模拟相结合的方式对改变窗宽下的聚焦效果进行验证，并对不同周向角度、不同径向深度缺陷以及局部加载的可行性进行验证。

　　实验目的：为了提高对管道中微小缺陷的检测精度，为超声导波时间反转检测更快地应用于实际检测工程中，适应实际检测过程中换能器不能完全耦合的问题奠定了一定的基础，

　　测试设备：任意波形发生器、ATA-8202射频功率放大器、收发转换器、ATA-5320前置放大器、数字示波器。

　　实验过程：ATA-8202射频功率放大器采用液晶显示屏面板显示，工作模式ClassA，具有线性度高，失真小、使用寿命长、性能稳定等优点。饱和输出功率200W，功率增益47dB，增益调节0.5dB步进。实验过程中，选择的激励信号与有限元仿真保持一致，通过管道端部的周向均匀布置的16个长度伸缩型压电换能器，结合收发转换器实现信号的收发功能。波形发生器产生的调制脉冲信号，经过功率放大器的增强后，在换能器上实现了轴向加载，从而引发了纵向模态导波的产生。这些导波信号沿着管道轴向传播，与管道中的缺陷发生交互，进而产生反射和透射波。随后，反射回波信号被换能器重新捕获，转化为微弱的电信号。这一信号经过前置放大器的进一步放大后，传输至示波器进行记录。最终，通过上位机实时地展示了这一检测过程。

　　图1-1：实验平台及装置

　　实验结果：本实验搭建了超声导波管道缺陷检测系统，针对管道中出现的腐蚀缺陷对管道进行了直接导波检测和和时反导波检测，同时对局部加载导波检测进行了实验验证，得出以下结论：（1）对含腐蚀缺陷的管道进行导波检测的轴向定位较准确，误差较小，超声导波可以有效对管道中存在的腐蚀缺陷进行检测；

　　（2）时反导波检测的缺陷反射率随时反窗宽的增大而增大，与仿真结论一致；

　　（3）随着蚀坑密度的增大，直接导波检测和时反导波检测的缺陷反射率都增大，并且对于较小腐蚀缺陷提升较大；

　　（4）周向加载角度较小时，激发出的非轴对称导波模态较多，与缺陷交互之后模态成分更复杂，造成缺陷波包难以被识别

　　图：不同加载位置实验信号

　　图：不同蚀坑密度缺陷实验检测结果

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　　图：ATA-8000系列射频功率放大器指标参数

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