管道超聲導波檢測中傳感器的運用

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摘要：隨著我國社會經濟快速發(fā)展，各種化工管線的應用數量不斷增多，但是因為管道在長時間運行時很容易受到侵蝕，出現裂紋、破損等情況，導致原料泄漏，造成巨大的經濟損失。采取多種科學有效的檢測方式，確保管道質量得到提高。管道超聲導波檢測技術能夠對管道進行全面檢測，也可以極大地節(jié)省檢測時間，降低檢測強度。但是受到管道工作條件、結構尺寸等因素影響，造成超聲導波檢測對導波勵磁方式和傳感器使用要求也不盡相同。本文介紹五種不同傳感器的工作原理和使用特點，積極探究明確了傳感器在管道超聲波感應波檢測中的選擇和記錄，以及傳感器在超聲波檢測中的特定應用對策。

關鍵詞：傳感器；管道超聲導波檢測；應用分析

引言

超聲波在超聲波管道介質中的傳播在接觸界面后會產生反射，并且波形會相互轉化或相互干擾。超聲波導波檢測技術可用于長距離管道的快速檢測，有效減少人工強度，也能夠對整個管道的缺陷進行全面判斷。

1管道導波的零散和多模態(tài)特點

超聲波在管道介質中傳播與介質結構尺寸具有密切關聯，超聲導波的傳播速度取決于頻率，導波的速度隨著頻率不斷改變出現頻閃現象。當超聲波引導波在管道軸向上傳播時，將出現縱向模式扭轉模式和彎曲模式?？v向模式和扭轉模式屬于軸對稱模式，而彎曲模式為非軸對稱模式[1]。

2傳感器的主要分類

2.1壓電式傳感器

壓電式傳感器具有價格低廉、靈敏度高、方便廉價的優(yōu)勢，在管道導波檢測中非常常見。壓電式傳感器主要包括斜探頭、直探頭和梳狀探頭等不同結構，所產生的激勵導波形式與模態(tài)也各不相同。斜探頭能夠選擇不同的角度，快速獲得導波速度，在某一頻率上形成單一模態(tài)導波。直探頭則可以激勵數值方向導波，傾斜探頭比直探頭更容易控制導波模式，并且靈敏度也更高。梳狀探頭可用作過濾器，以調整探頭之間的尺寸，能夠使基地導波的波長被合理控制。如果探頭間的距離固定，在相應頻率下，斜線與曲線相交處的導波。實現均勻周向分布，這也能夠抑制非軸對稱模態(tài)[2]。斜探頭主要以內置結構為主，在實際應用時具有非常大的局限性，利用螺桿能夠在緊固裝置上固定斜探頭，能夠對蒸汽管道內壁的缺陷進行快速判斷。探頭滑動可以選擇不同的入射角，并且可以改變耦合形狀，從而可以有效地減少入射波并在耦合介質中反射信號。對于管道而言很多復雜的多層管道，模態(tài)分析也非常復雜。運用斜探頭良好模態(tài)能夠快速對管道進行分析，應用范圍非常廣泛。但受制于傳感器尺寸、速度場以及信號頻譜的影響，這也導致斜探頭只能夠在特定頻率和模態(tài)中應用。直接探頭采用耦合方式，具有長度擴展的特點。沿特定方向安裝會在管道表面產生切向力，并確保激勵導波沿單個方向傳播，量阻環(huán)距離所需激勵模態(tài)導波長的1/4。該傳感器陣列能夠快速的激勵出扭轉模態(tài)，不同的傳感器旋轉90度安裝時，能夠在管道中產生軸向力。對抽象焊接的支架具有非常高的敏感度，根據管道的不同狀況，快速選擇相對應的模態(tài)。梳狀探頭與傳感器環(huán)之間的距離固定，激勵波導波一致速度和頻率是相同的，但是由于不同的缺陷會產生不同的模式，為了獲得不同的像素度模式，應及時調整梳狀探頭和傳感器環(huán)之間的距離，而無需改變梳狀探頭的結構，最主要的就是選擇不同模態(tài)，建立實驗技術，控制不同傳感器之間的激勵時間，選擇導波模態(tài)的模型。

2.2磁致伸縮式傳感器

磁致伸縮式傳感器的工作頻率可以覆蓋幾赫茲到幾百赫茲甚至更高，溫度可以達到居里溫度，磁致伸縮傳感器應用范圍非常廣泛，產生作用率高于洛倫茲力5倍以上，接收導波信號幅值更佳，信噪比良好[3]。在管道中積勵磁檢測導波，包括磁場或檢測磁場變化，主要就是將感應線圍繞在管道上，另一部分的管則會產生直流偏磁廠，可以利用永磁鐵利用直流偏磁廠，可以確保電能和利之間快速轉換，保證激勵導波頻率與電信號頻率相同。當脈沖電流傳感器線圈時，就會產生時間變化的磁場對接收傳感器后，線圈電壓發(fā)生明顯變化后，即可迅速獲得管線的缺陷信號。

2.3電磁聲傳感器

電磁聲傳感器能夠利用高頻電流表面產生電磁力，產生激勵導波，電磁勵具有可逆性，也能夠及時進行接收高頻電流，電磁聲傳感器的非接觸性特點，能夠使它在高溫倒管道系統和外包層管道檢測中發(fā)揮重要的作用。但是這一特點也導致探頭與管道之間精細，間隙要求非常精確，給滾的管探頭安裝，造成許多的不便。2.4脈沖激光式傳感器脈沖激光可以在管道檢測期間傳輸窄脈沖信號，遠距離遙測，也能夠在700℃高溫條件以及腐蝕性非常強的條件下進行快速測量。脈沖激光式傳感器檢測，能夠對管道上的各種人工缺陷進行快速處理，但是整個檢測系統非常龐大，造價高昂，對檢測環(huán)境要求比較高，導致管道波檢測受到制約。

3管道傳感器檢測泄漏方法

3.1聲傳感器檢測法

氣體傳輸時會產生非常高的壓力，如果氣體破裂或腐蝕，則會向外噴射巨大的聲響，管道的相互作用聲源會向外輻射巨大的能量形成聲波，這就是管道泄漏所發(fā)出的聲音。利用傳感器能夠對由這些泄漏引起的聲發(fā)射信號可以被迅速收集和處理，并且泄漏的具體位置可以被準確地測量。

3.2電纜檢測法

泄漏檢測電纜就是采用特殊的泄漏檢測電纜，沿管道鋪設，如果管道泄漏，電纜的電容或電阻將發(fā)生明顯變化，迅速轉換為電或光信號，利用傳感器能夠對泄漏的地點進行快速檢測，幫助維修人員定位。

3.3壓力傳感器檢測法

當管道發(fā)生泄漏時，由于流體是物體，泄漏處會產生局部的液體減少，產生瞬時的壓力差。在泄漏點和泄漏點下面都有生命活動，傳播速度快，以泄漏前壓力為參照標準，所產生的減壓波又稱為負壓力波可以在上游和下游快速傳播，迅速衰減，具有垂直的前沿，可以在上游和下游安裝傳感器，監(jiān)視管道壓力并快速捕獲壓力變化以準確判斷發(fā)生管道泄漏事故的負壓力波上下管道，檢測時間差，與管道配合使用。通過速度分析，精確地計算出泄漏點。

3.4超聲波檢測法

當超聲波在管道中傳播介質時，界面會來回反射以形成復雜的波形轉換。選擇不同的傳感器，激勵單一或不同模態(tài)導播對管道進行快速檢查。超聲導波技術可以對難以接觸到的管道進行檢測。這種技術可以精確定位管道上需要進一步檢測的區(qū)域，從而避免了在沒有探測到缺陷的情況下，挖掘土地、去除涂層、搭建腳手架等一系列不必要的工作。這種技術的使用不僅可大量減少操作費用，而且對于不能使用清管器的管道來說，還是一種有效的檢測方案。超聲導波技術可以從管道上的一個單一檢測位置普測整個管壁，可覆蓋的管道長度達幾十米；而常規(guī)UT技術只能檢測傳感器下面或附近的局部區(qū)域。超聲導波檢測技術可以普測整個管壁，從探頭組裝圈位置開始，可覆蓋組裝圈兩側以外幾十米長的管道距離。完成超聲導波檢測后，只需對管道上帶有缺陷的特定位置進行驗證性檢測。超聲導波系統與其它NDT技術結合在一起使用，有助于在不影響數據質量的情況下，最大限度地提高完成腐蝕管理項目的效率。

3.5漏磁檢測法

漏磁檢測主要是利用鐵磁材料的高磁導率來測量管道泄漏引起的磁導率變化。管道漏磁就是指管道關閉磁化之后，根據傳感器檢測管壁泄漏的具體情況，來確定管道中的泄漏點具體位置。

4結束語

管道導波檢測利用傳感器能夠快速激勵和接收導波，對管道故障進行準確判斷。傳感器是否能夠有效激勵或接收超聲導波，與管道尺寸導波特點和工況具有非常緊密的聯系，只有選擇性能良好超聲導波頭傳感器，可以刺激單個或多個不同模式的導波，對管道進行全面檢測。

參考文獻

[1]陳會明,唐志峰,呂福在,駱蘇軍,伍建軍,李紹星.基于磁致伸縮超聲導波的管道周向掃查技術[J].無損檢測,2018,40(12):51-56.

[2]秦晨,王云飛,王曉娟,劉君.超聲導波管道缺陷檢測有限元仿真參數優(yōu)化[J].機械科學與技術,2018,37(10):1559-1565.

[3]孟曉波,陳文燦,楊代銘,梅紅偉,王黎明,廖永力,李銳海.懸垂線夾內導線斷股的超聲導波檢測方法仿真研究[J].智慧電力,2018,46(07):67-74.

作者：丑晨 單位：甘肅林業(yè)職業(yè)技術學院