本发明专利技术涉及一种基于振动声调制技术的管道闭合裂纹检测装置及方法，属于管道无损检测领域。该装置包括计算机、函数发生器一和函数发生器二、功率放大器一、功率放大器二、激振器、加速度传感器、电荷放大器、厚度伸缩型压电陶瓷片阵列一和厚度伸缩型压电陶瓷片阵列二、抗混叠滤波器、数据采集卡。该方法通过扫频激励获得管道一阶弯曲振动固有频率，并以此频率作为振动声调制检测中低频振动的频率。向管道同时激励低频弯曲振动及高频超声波，通过接收信号频谱图中是否出现高频超声波频率于低频弯曲振动频率相减或者相加的频率成分来判断管道内是否存在闭合裂纹。本发明专利技术解决了传统方法检测闭合裂纹较为困难的问题，可用于工业管道中闭合裂纹的检测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于管道无损检测领域。
技术介绍
管道作为生产系统、运输和制造设备的重要组成部分，在机械、石油、化工、食品和城市供水等行业发挥着不可替代的作用。然而，管道经长期服役，由于使用环境恶劣等原因导致导致管道内出现损伤。这些损伤如不及时发现，很容易发生生产事故，给国家和人民造成重大损失。裂纹是管道主要的缺陷形式之一，经常出现在管道焊接部位附近和弯角处。对于裂纹的检测，目前传统的超声无损检测方法是基于线性超声原理的反射和衰减现象，对于开口裂纹传统的超声无损检测方法可以很好的进行裂纹检测。但是对于闭合裂纹，超声波通过此种裂纹时并不会产生明显的反射和衰减，导致传统超声检测方法对闭合裂纹很难进行有效检测。大量的理论分析和试验研究表明，当向一个试件中同时激励频率为&的连续低频正弦振动和频率为的连续高频正弦超声波时，如果试件中没有裂纹则这两列机械波不会发生振动声调制现象，以各自独立的频率输出；而如果试件中存在裂纹，由于低频振动会使得管道中的裂纹出现张开和闭合的现象，从而使得这两列机械波会发生调制现象，使得高频超声波被低频振动波互相调制，使接收信号中除了 fo和的频率成分外，出现AinftlOi =1，2，3L)的频率成分(如附图说明图1所示)。H F Hu等人对铝板中闭合裂纹振动声调制检测方法进行了研究，提出在闭合裂纹处发生的振动声调制现象主要包括幅值调制和频率调制两种，利用幅值调制信号对裂纹尺寸表征更为准确。所以如果要对裂纹尺寸进行表征，需要将幅值调制信号从原始接收信号中分离出来进行分析。 焦敬品等在2009年34卷第3期《声学学报》中发表了一篇关于振动声调制与超声导波相结合的接触缺陷检测研究的文章。利用振动声调制技术与超声导波技术相结合的方法，使用特定频率高频超声脉冲信号在铝板中产生对铝板中的接触类缺陷的检测及定位方法做了研究。学者Dmitri Donskoy研究表明，目前常用的利用信号幅频谱中旁瓣与主瓣之比MI表征裂纹不是很合适，在实际检测中由于误差的存在，很难对裂纹尺寸进行准确表 征。学者H F Hu提出利用频率调制损伤系数(DIl)和幅值调制损伤系数(DI2)来表征裂纹尺寸，并通过试验证明DI2会随着裂纹尺寸的增加而线性增加，所以检测中使用DI2表征裂纹尺寸会使得检测结果较为准确DIl 和 DI2 的表达式如下所示权利要求1.一种基于振动声调制技术的管道闭合裂纹检测装置，包括计算机(1)、函数发生器一 (2)和函数发生器二(3)、功率放大器一 G)、功率放大器二(5)、激振器(6)、加速度传感器(7)、电荷放大器(8)、厚度伸缩型压电陶瓷片阵列一(9)和厚度伸缩型压电陶瓷片阵列二(10)、抗混叠滤波器(11)、数据采集卡(1 ；其特征在于数据采集卡(1 与计算机(1) 连接；由函数发生器一( 和函数发生器二 C3)分别产生连续正弦信号；加速度传感器(7) 粘在待测管道上，加速度传感器(7)的输出端口与电荷放大器(8)的输入端口相连，电荷放大器(8)的输出端口与数据采集卡(12)的CHl通道相连；函数发生器一(2)的输出端口与功率放大器(5)的输入端口相连，功率放大器(5)的输出端口与激振器(6)的输入端口相连，激振器(6)的输出连接到待测管道上；函数发生器二(3)的输出端口与功率放大器(4) 的输入端口相连，功率放大器⑷的输出端口与压电陶瓷片阵列一(9)相连；压电陶瓷片阵列二(10)与抗混叠滤波器(11)的输入端口相连，抗混跌滤波器(11)的输出端口与数据采集卡(12)的CH2通道相连；数据采集卡(12)与计算机(1)相连。2.根据权利要求1所述的一种基于振动声调制技术的管道闭合裂纹检测装置，其特征在于其检测方法包括如下步骤1)利用夹具将待测管道的一端固定，管道的另一端与激振器(6)固连；将加速度传感器(7)固定在管道长度方向的中间位置；2)由函数发生器二(3)产生Is时间内幅值IOOmV,频率IHz到500Hz均勻变化的正弦扫频信号，作为管道固有振动频率获取环节的激励信号；加速度传感器(7)获取的加速度的信号通过电荷放大器(8)放大后，由数据采集卡(1 将放大后的信号传送给计算机；3)由计算机对数据采集卡(1 传送过来的加速度信号进行快速傅里叶变换得到横轴表示频率、纵轴表示幅值的幅频谱图，从幅频谱图中找出幅值极大值点，这些极大值点所对应的横坐标值就是待测管道的各阶弯曲振动固有频率值，选取上述频率值最小的一阶弯曲振动模态所对应的频率为后续振动声调制检测中的低频振动频率。4)将压电陶瓷片阵列一(9)环状均勻贴在靠近夹具以内的外管壁上作为激励高频超声波的传感器。5)将压电陶瓷片阵列二(10)环状均勻贴在管道的另一端的外管壁上作为接收传感ο6)由函数发生器一(2)产生频率为压电陶瓷片中心频率f2，幅值IOOmV的连续正弦波作为高频超声波激励信号；7)由函数发生器二C3)产生与一阶弯曲振动模态所对应的频率相同的连续正弦波信号作为低频振动的激励信号。8)压电陶瓷片阵列(10)接收到的管道中传播的超声波信号经抗混叠滤波器(11)滤波后，由数据采集卡(1 传送给计算机(1)。9)由计算机(1)对数据采集卡(1 传送过来的信号进行快速傅里叶变换后得到信号的幅频谱，判定幅频谱中除了频率值为和f2的频率成分外，是否有频率值为^inf1 (n = 1，2，3L)的附加频率成分如果没有上述的附加频率成分出现，则可判定待测管道中不存在闭合裂纹；如果有上述的附加频率成分出现，则可判定待测管道中存在闭合裂纹。10)利用希尔伯特黄变换中的经验模式分解将步骤(8)中计算机(1)得到的接收信号分解为若干个固有模态信号和一个残余信号，选取峰峰值最大的一个固有模态信号作为新的调制信号，然后利用希尔伯特变换求出新调制信号的瞬时幅值信号。由式(3)和(4)可求出此瞬时幅值信号的幅值标准差Qa和幅值平均值μ a，并带入上述的( 式中求出DI2 的值，求出的DI2的值越大则表明管道损伤越剧烈。全文摘要本专利技术涉及，属于管道无损检测领域。该装置包括计算机、函数发生器一和函数发生器二、功率放大器一、功率放大器二、激振器、加速度传感器、电荷放大器、厚度伸缩型压电陶瓷片阵列一和厚度伸缩型压电陶瓷片阵列二、抗混叠滤波器、数据采集卡。该方法通过扫频激励获得管道一阶弯曲振动固有频率，并以此频率作为振动声调制检测中低频振动的频率。向管道同时激励低频弯曲振动及高频超声波，通过接收信号频谱图中是否出现高频超声波频率于低频弯曲振动频率相减或者相加的频率成分来判断管道内是否存在闭合裂纹。本专利技术解决了传统方法检测闭合裂纹较为困难的问题，可用于工业管道中闭合裂纹的检测。文档编号G01N29/48GK102226783SQ20111007418公开日2011年10月26日 申请日期2011年3月25日 优先权日2011年3月25日专利技术者何存富, 吴斌, 宋国荣, 焦敬品, 郑磊 申请人:北京工业大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于振动声调制技术的管道闭合裂纹检测装置，包括计算机（１）、函数发生器一（２）和函数发生器二（３）、功率放大器一（４）、功率放大器二（５）、激振器（６）、加速度传感器（７）、电荷放大器（８）、厚度伸缩型压电陶瓷片阵列一（９）和厚度伸缩型压电陶瓷片阵列二（１０）、抗混叠滤波器（１１）、数据采集卡（１２）；其特征在于：数据采集卡（１２）与计算机（１）连接；由函数发生器一（２）和函数发生器二（３）分别产生连续正弦信号；加速度传感器（７）粘在待测管道上，加速度传感器（７）的输出端口与电荷放大器（８）的输入端口相连，电荷放大器（８）的输出端口与数据采集卡（１２）的ＣＨ１通道相连；函数发生器一（２）的输出端口与功率放大器（５）的输入端口相连，功率放大器（５）的输出端口与激振器（６）的输入端口相连，激振器（６）的输出连接到待测管道上；函数发生器二（３）的输出端口与功率放大器（４）的输入端口相连，功率放大器（４）的输出端口与压电陶瓷片阵列一（９）相连；压电陶瓷片阵列二（１０）与抗混叠滤波器（１１）的输入端口相连，抗混跌滤波器（１１）的输出端口与数据采集卡（１２）的ＣＨ２通道相连；数据采集卡（１２）与计算机（１）相连。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：焦敬品，郑磊，何存富，吴斌，宋国荣，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。