管道無損檢測超聲輪式換能器的研制

3　管道缺陷的檢測

將輪式換能器與驅動系統、控制及采集系統組裝成管道爬行器,如圖6所示.

在微型計算機控制下,爬行器沿管道軸向向前(或后退)行進,同時定時地向接觸界面發射超聲脈沖和接收回波.回波信號由TDS3024數字示波器采集,并由微型計算機讀取,作數字處理并得出相應的管道剩余壁厚.

實驗用的PVC管道長1 500 mm,內徑210mm,壁厚7.5 mm,在管道0°和90°方向上人為加工了4個缺陷(圖7),實際尺寸如表2所示.爬行器從管口開始自動沿0°或90°向管內爬行,并通過相應的缺陷.這時,在微型計算機上實時顯示剩余厚度和軸向寬度的測量結果,結果如圖8所示.

圖8中第一欄記錄的是爬行器的行進距離.第二欄顯示了管道剩余厚度和缺陷的軸向長度,缺陷深度由完好壁厚減去剩余壁厚得到.

第三欄是用無缺陷管道外壁反射回波為標準,對測量信號做歸一化處理后的歸一化振幅信號,用以監測輪子與管道內壁的耦合.

第四欄是回波幅度的灰階圖,表示反射回波的強弱,判斷爬行器的運行是否正常.對缺陷槽沿軸向每1 mm測量一次厚度,為表示方便每個缺陷取8次測量結果如表3所示.

表3中測量結果與實際值比較,絕對誤差小于0.2 mm,說明所研制的超聲爬行器對缺陷深度的檢測精度優于±0.2 mm.

對缺陷長度的測量精度不太高,這主要是由于換能器本身不是聚焦的,橫向分辨率低,加上缺陷邊緣幾何形狀的影響而造成的.

從四個缺陷的第三欄實測結果可以看到圖8a,8d和8c的檢測中,爬行器與管壁耦合良好.而圖8b的測量中,耦合不穩定,使外壁的反射回波幅度有起伏,但系統仍能提取缺陷的深度信息.

4 結語

在建立柱坐標下多層媒質中波傳播的傳輸矩陣理論的基礎上,對輪式超聲換能器進行了設計和研制,得到了理論與實驗相一致的回波信號,證實了多層結構模型模擬實際檢測結構的可行性.利用輪式超聲換能器自行開發了超聲管道爬行器,對PVC管道上人工缺陷的檢測表明,它的深度檢測精度可達±0.2 mm,但橫向分辨率較差.因此將進一步開展聚集超聲換能器的輪式換能器研究,努力改善輪子與管壁的耦合,設計并研制多通道的超聲爬行器