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(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制及采集系統(tǒng)組裝成管道爬行器,如圖6所示.

在微型計(jì)算機(jī)控制下,爬行器沿管道軸向向前(或后退)行進(jìn),同時(shí)定時(shí)地向接觸界面發(fā)射超聲脈沖和接收回波.回波信號(hào)由TDS3024數(shù)字示波器采集,并由微型計(jì)算機(jī)讀取,作數(shù)字處理并得出相應(yīng)的管道剩余壁厚.

實(shí)驗(yàn)用的PVC管道長1 500 mm,內(nèi)徑210mm,壁厚7.5 mm,在管道0°和90°方向上人為加工了4個(gè)缺陷(圖7),實(shí)際尺寸如表2所示.爬行器從管口開始自動(dòng)沿0°或90°向管內(nèi)爬行,并通過相應(yīng)的缺陷.這時(shí),在微型計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)顯示剩余厚度和軸向?qū)挾鹊臏y量結(jié)果,結(jié)果如圖8所示.

圖8中第一欄記錄的是爬行器的行進(jìn)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(biāo)準(zhǔn),對測量信號(hào)做歸一化處理后的歸一化振幅信號(hào),用以監(jiān)測輪子與管道內(nèi)壁的耦合.

第四欄是回波幅度的灰階圖,表示反射回波的強(qiáng)弱,判斷爬行器的運(yùn)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(gè)缺陷取8次測量結(jié)果如表3所示.

表3中測量結(jié)果與實(shí)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(yōu)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(gè)缺陷的第三欄實(shí)測結(jié)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(wěn)定,使外壁的反射回波幅度有起伏,但系統(tǒng)仍能提取缺陷的深度信息.

4 結(jié)語

在建立柱坐標(biāo)下多層媒質(zhì)中波傳播的傳輸矩陣?yán)碚摰幕A(chǔ)上,對輪式超聲換能器進(jìn)行了設(shè)計(jì)和研制,得到了理論與實(shí)驗(yàn)相一致的回波信號(hào),證實(shí)了多層結(jié)構(gòu)模型模擬實(shí)際檢測結(jié)構(gòu)的可行性.利用輪式超聲換能器自行開發(fā)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(dá)±0.2 mm,但橫向分辨率較差.因此將進(jìn)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(shè)計(jì)并研制多通道的超聲爬行器