管道超聲導(dǎo)波檢測中傳感器的運用

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摘要：隨著我國社會經(jīng)濟快速發(fā)展，各種化工管線的應(yīng)用數(shù)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(xiàn)裂紋、破損等情況，導(dǎo)致原料泄漏，造成巨大的經(jīng)濟損失。采取多種科學(xué)有效的檢測方式，確保管道質(zhì)量得到提高。管道超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)能夠?qū)艿肋M(jìn)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(jié)構(gòu)尺寸等因素影響，造成超聲導(dǎo)波檢測對導(dǎo)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(yīng)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(yīng)用對策。

關(guān)鍵詞：傳感器；管道超聲導(dǎo)波檢測；應(yīng)用分析

引言

超聲波在超聲波管道介質(zhì)中的傳播在接觸界面后會產(chǎn)生反射，并且波形會相互轉(zhuǎn)化或相互干擾。超聲波導(dǎo)波檢測技術(shù)可用于長距離管道的快速檢測，有效減少人工強度，也能夠?qū)φ麄€管道的缺陷進(jìn)行全面判斷。

1管道導(dǎo)波的零散和多模態(tài)特點

超聲波在管道介質(zhì)中傳播與介質(zhì)結(jié)構(gòu)尺寸具有密切關(guān)聯(lián)，超聲導(dǎo)波的傳播速度取決于頻率，導(dǎo)波的速度隨著頻率不斷改變出現(xiàn)頻閃現(xiàn)象。當(dāng)超聲波引導(dǎo)波在管道軸向上傳播時，將出現(xiàn)縱向模式扭轉(zhuǎn)模式和彎曲模式?？v向模式和扭轉(zhuǎn)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(dǎo)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(jié)構(gòu)，所產(chǎn)生的激勵導(dǎo)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(dǎo)波速度，在某一頻率上形成單一模態(tài)導(dǎo)波。直探頭則可以激勵數(shù)值方向?qū)Р?，傾斜探頭比直探頭更容易控制導(dǎo)波模式，并且靈敏度也更高。梳狀探頭可用作過濾器，以調(diào)整探頭之間的尺寸，能夠使基地導(dǎo)波的波長被合理控制。如果探頭間的距離固定，在相應(yīng)頻率下，斜線與曲線相交處的導(dǎo)波。實現(xiàn)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(nèi)置結(jié)構(gòu)為主，在實際應(yīng)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?qū)φ羝艿纼?nèi)壁的缺陷進(jìn)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(zhì)中反射信號。對于管道而言很多復(fù)雜的多層管道，模態(tài)分析也非常復(fù)雜。運用斜探頭良好模態(tài)能夠快速對管道進(jìn)行分析，應(yīng)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(dǎo)致斜探頭只能夠在特定頻率和模態(tài)中應(yīng)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(chǎn)生切向力，并確保激勵導(dǎo)波沿單個方向傳播，量阻環(huán)距離所需激勵模態(tài)導(dǎo)波長的1/4。該傳感器陣列能夠快速的激勵出扭轉(zhuǎn)模態(tài)，不同的傳感器旋轉(zhuǎn)90度安裝時，能夠在管道中產(chǎn)生軸向力。對抽象焊接的支架具有非常高的敏感度，根據(jù)管道的不同狀況，快速選擇相對應(yīng)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(dǎo)波一致速度和頻率是相同的，但是由于不同的缺陷會產(chǎn)生不同的模式，為了獲得不同的像素度模式，應(yīng)及時調(diào)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(jié)構(gòu)，最主要的就是選擇不同模態(tài)，建立實驗技術(shù)，控制不同傳感器之間的激勵時間，選擇導(dǎo)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(dá)到居里溫度，磁致伸縮傳感器應(yīng)用范圍非常廣泛，產(chǎn)生作用率高于洛倫茲力5倍以上，接收導(dǎo)波信號幅值更佳，信噪比良好[3]。在管道中積勵磁檢測導(dǎo)波，包括磁場或檢測磁場變化，主要就是將感應(yīng)線圍繞在管道上，另一部分的管則會產(chǎn)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(zhuǎn)換，保證激勵導(dǎo)波頻率與電信號頻率相同。當(dāng)脈沖電流傳感器線圈時，就會產(chǎn)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(chǎn)生電磁力，產(chǎn)生激勵導(dǎo)波，電磁勵具有可逆性，也能夠及時進(jìn)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(tǒng)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(dǎo)致探頭與管道之間精細(xì)，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(yuǎn)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(jìn)行快速測量。脈沖激光式傳感器檢測，能夠?qū)艿郎系母鞣N人工缺陷進(jìn)行快速處理，但是整個檢測系統(tǒng)非常龐大，造價高昂，對檢測環(huán)境要求比較高，導(dǎo)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(chǎn)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?qū)τ蛇@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(zhǔn)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(shè)，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(zhuǎn)換為電或光信號，利用傳感器能夠?qū)π孤┑牡攸c進(jìn)行快速檢測，幫助維修人員定位。

3.3壓力傳感器檢測法

當(dāng)管道發(fā)生泄漏時，由于流體是物體，泄漏處會產(chǎn)生局部的液體減少，產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)，所產(chǎn)生的減壓波又稱為負(fù)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(zhǔn)確判斷發(fā)生管道泄漏事故的負(fù)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(dāng)超聲波在管道中傳播介質(zhì)時，界面會來回反射以形成復(fù)雜的波形轉(zhuǎn)換。選擇不同的傳感器，激勵單一或不同模態(tài)導(dǎo)播對管道進(jìn)行快速檢查。超聲導(dǎo)波技術(shù)可以對難以接觸到的管道進(jìn)行檢測。這種技術(shù)可以精確定位管道上需要進(jìn)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(shù)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(dǎo)波技術(shù)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(dá)幾十米；而常規(guī)UT技術(shù)只能檢測傳感器下面或附近的局部區(qū)域。超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)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(cè)以外幾十米長的管道距離。完成超聲導(dǎo)波檢測后，只需對管道上帶有缺陷的特定位置進(jìn)行驗證性檢測。超聲導(dǎo)波系統(tǒng)與其它NDT技術(shù)結(jié)合在一起使用，有助于在不影響數(shù)據(jù)質(zhì)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(dǎo)率來測量管道泄漏引起的磁導(dǎo)率變化。管道漏磁就是指管道關(guān)閉磁化之后，根據(jù)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(jié)束語

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

參考文獻(xiàn)

[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(dǎo)波的管道周向掃查技術(shù)[J].無損檢測,2018,40(12):51-56.

[2]秦晨,王云飛,王曉娟,劉君.超聲導(dǎo)波管道缺陷檢測有限元仿真參數(shù)優(yōu)化[J].機械科學(xué)與技術(shù),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(nèi)導(dǎo)線斷股的超聲導(dǎo)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(shù)學(xué)院