管道超声导波检测中传感器的运用

前言：想要写出一篇引人入胜的文章？我们特意为您整理了管道超声导波检测中传感器的运用范文，希望能给你带来灵感和参考，敬请阅读。

摘要：随着我国社会经济快速发展，各种化工管线的应用数量不断增多，但是因为管道在长时间运行时很容易受到侵蚀，出现裂纹、破损等情况，导致原料泄漏，造成巨大的经济损失。采取多种科学有效的检测方式，确保管道质量得到提高。管道超声导波检测技术能够对管道进行全面检测，也可以极大地节省检测时间，降低检测强度。但是受到管道工作条件、结构尺寸等因素影响，造成超声导波检测对导波励磁方式和传感器使用要求也不尽相同。本文介绍五种不同传感器的工作原理和使用特点，积极探究明确了传感器在管道超声波感应波检测中的选择和记录，以及传感器在超声波检测中的特定应用对策。

关键词：传感器；管道超声导波检测；应用分析

引言

超声波在超声波管道介质中的传播在接触界面后会产生反射，并且波形会相互转化或相互干扰。超声波导波检测技术可用于长距离管道的快速检测，有效减少人工强度，也能够对整个管道的缺陷进行全面判断。

1管道导波的零散和多模态特点

超声波在管道介质中传播与介质结构尺寸具有密切关联，超声导波的传播速度取决于频率，导波的速度随着频率不断改变出现频闪现象。当超声波引导波在管道轴向上传播时，将出现纵向模式扭转模式和弯曲模式。纵向模式和扭转模式属于轴对称模式，而弯曲模式为非轴对称模式[1]。

2传感器的主要分类

2.1压电式传感器

压电式传感器具有价格低廉、灵敏度高、方便廉价的优势，在管道导波检测中非常常见。压电式传感器主要包括斜探头、直探头和梳状探头等不同结构，所产生的激励导波形式与模态也各不相同。斜探头能够选择不同的角度，快速获得导波速度，在某一频率上形成单一模态导波。直探头则可以激励数值方向导波，倾斜探头比直探头更容易控制导波模式，并且灵敏度也更高。梳状探头可用作过滤器，以调整探头之间的尺寸，能够使基地导波的波长被合理控制。如果探头间的距离固定，在相应频率下，斜线与曲线相交处的导波。实现均匀周向分布，这也能够抑制非轴对称模态[2]。斜探头主要以内置结构为主，在实际应用时具有非常大的局限性，利用螺杆能够在紧固装置上固定斜探头，能够对蒸汽管道内壁的缺陷进行快速判断。探头滑动可以选择不同的入射角，并且可以改变耦合形状，从而可以有效地减少入射波并在耦合介质中反射信号。对于管道而言很多复杂的多层管道，模态分析也非常复杂。运用斜探头良好模态能够快速对管道进行分析，应用范围非常广泛。但受制于传感器尺寸、速度场以及信号频谱的影响，这也导致斜探头只能够在特定频率和模态中应用。直接探头采用耦合方式，具有长度扩展的特点。沿特定方向安装会在管道表面产生切向力，并确保激励导波沿单个方向传播，量阻环距离所需激励模态导波长的1/4。该传感器阵列能够快速的激励出扭转模态，不同的传感器旋转90度安装时，能够在管道中产生轴向力。对抽象焊接的支架具有非常高的敏感度，根据管道的不同状况，快速选择相对应的模态。梳状探头与传感器环之间的距离固定，激励波导波一致速度和频率是相同的，但是由于不同的缺陷会产生不同的模式，为了获得不同的像素度模式，应及时调整梳状探头和传感器环之间的距离，而无需改变梳状探头的结构，最主要的就是选择不同模态，建立实验技术，控制不同传感器之间的激励时间，选择导波模态的模型。

2.2磁致伸缩式传感器

磁致伸缩式传感器的工作频率可以覆盖几赫兹到几百赫兹甚至更高，温度可以达到居里温度，磁致伸缩传感器应用范围非常广泛，产生作用率高于洛伦兹力5倍以上，接收导波信号幅值更佳，信噪比良好[3]。在管道中积励磁检测导波，包括磁场或检测磁场变化，主要就是将感应线围绕在管道上，另一部分的管则会产生直流偏磁厂，可以利用永磁铁利用直流偏磁厂，可以确保电能和利之间快速转换，保证激励导波频率与电信号频率相同。当脉冲电流传感器线圈时，就会产生时间变化的磁场对接收传感器后，线圈电压发生明显变化后，即可迅速获得管线的缺陷信号。

2.3电磁声传感器

电磁声传感器能够利用高频电流表面产生电磁力，产生激励导波，电磁励具有可逆性，也能够及时进行接收高频电流，电磁声传感器的非接触性特点，能够使它在高温倒管道系统和外包层管道检测中发挥重要的作用。但是这一特点也导致探头与管道之间精细，间隙要求非常精确，给滚的管探头安装，造成许多的不便。2.4脉冲激光式传感器脉冲激光可以在管道检测期间传输窄脉冲信号，远距离遥测，也能够在700℃高温条件以及腐蚀性非常强的条件下进行快速测量。脉冲激光式传感器检测，能够对管道上的各种人工缺陷进行快速处理，但是整个检测系统非常庞大，造价高昂，对检测环境要求比较高，导致管道波检测受到制约。

3管道传感器检测泄漏方法

3.1声传感器检测法

气体传输时会产生非常高的压力，如果气体破裂或腐蚀，则会向外喷射巨大的声响，管道的相互作用声源会向外辐射巨大的能量形成声波，这就是管道泄漏所发出的声音。利用传感器能够对由这些泄漏引起的声发射信号可以被迅速收集和处理，并且泄漏的具体位置可以被准确地测量。

3.2电缆检测法

泄漏检测电缆就是采用特殊的泄漏检测电缆，沿管道铺设，如果管道泄漏，电缆的电容或电阻将发生明显变化，迅速转换为电或光信号，利用传感器能够对泄漏的地点进行快速检测，帮助维修人员定位。

3.3压力传感器检测法

当管道发生泄漏时，由于流体是物体，泄漏处会产生局部的液体减少，产生瞬时的压力差。在泄漏点和泄漏点下面都有生命活动，传播速度快，以泄漏前压力为参照标准，所产生的减压波又称为负压力波可以在上游和下游快速传播，迅速衰减，具有垂直的前沿，可以在上游和下游安装传感器，监视管道压力并快速捕获压力变化以准确判断发生管道泄漏事故的负压力波上下管道，检测时间差，与管道配合使用。通过速度分析，精确地计算出泄漏点。

3.4超声波检测法

当超声波在管道中传播介质时，界面会来回反射以形成复杂的波形转换。选择不同的传感器，激励单一或不同模态导播对管道进行快速检查。超声导波技术可以对难以接触到的管道进行检测。这种技术可以精确定位管道上需要进一步检测的区域，从而避免了在没有探测到缺陷的情况下，挖掘土地、去除涂层、搭建脚手架等一系列不必要的工作。这种技术的使用不仅可大量减少操作费用，而且对于不能使用清管器的管道来说，还是一种有效的检测方案。超声导波技术可以从管道上的一个单一检测位置普测整个管壁，可覆盖的管道长度达几十米；而常规UT技术只能检测传感器下面或附近的局部区域。超声导波检测技术可以普测整个管壁，从探头组装圈位置开始，可覆盖组装圈两侧以外几十米长的管道距离。完成超声导波检测后，只需对管道上带有缺陷的特定位置进行验证性检测。超声导波系统与其它NDT技术结合在一起使用，有助于在不影响数据质量的情况下，最大限度地提高完成腐蚀管理项目的效率。

3.5漏磁检测法

漏磁检测主要是利用铁磁材料的高磁导率来测量管道泄漏引起的磁导率变化。管道漏磁就是指管道关闭磁化之后，根据传感器检测管壁泄漏的具体情况，来确定管道中的泄漏点具体位置。

4结束语

管道导波检测利用传感器能够快速激励和接收导波，对管道故障进行准确判断。传感器是否能够有效激励或接收超声导波，与管道尺寸导波特点和工况具有非常紧密的联系，只有选择性能良好超声导波头传感器，可以刺激单个或多个不同模式的导波，对管道进行全面检测。

参考文献

[1]陈会明,唐志峰,吕福在,骆苏军,伍建军,李绍星.基于磁致伸缩超声导波的管道周向扫查技术[J].无损检测,2018,40(12):51-56.

[2]秦晨,王云飞,王晓娟,刘君.超声导波管道缺陷检测有限元仿真参数优化[J].机械科学与技术,2018,37(10):1559-1565.

[3]孟晓波,陈文灿,杨代铭,梅红伟,王黎明,廖永力,李锐海.悬垂线夹内导线断股的超声导波检测方法仿真研究[J].智慧电力,2018,46(07):67-74.

作者：丑晨 单位：甘肃林业职业技术学院