管道磁致伸缩导波检测周向传感方法研究

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基于磁致伸缩效应导波检测技术的显著优点是非接触特性和换能效率高,成为无损检测近年来的研究热点之一,但与易于实现周向定位的压电导波技术相比,磁致伸缩导波一般采用整体缠绕线圈实现信号激励与接收,得到的是圆周整体信息,不具有周向分辨力,限制了其检测能力及应用。本学位论文采用数值仿真与实验相结合的方法,系统研究管道磁致伸缩导波检测周向传感方法。首先,在研究磁致伸缩导波提离效应的基础上,获取了一种基于管道外部空气磁场的导波检测方法。将磁致伸缩导波接收传感器包围磁场区域分成不同的区域,从理论及实验上分析了提离效应变化规律,并通过实验得到管道外部空气磁场变化等于管道内部与管体自身磁场变化之和,表明磁致伸缩效应引起的磁场变化会扩散到管道外部空气中,依此得到了一种通过测量管外空气磁场变化的导波检测方法,并进行了可行性验证,为研制新型接收传感器提供了依据。其次,研制了具有周向分辨力的磁致伸缩导波接收传感器。在研究接收线圈圆心角、内外环尺寸等诸结构参数对接收信号影响的基础上,研制了接收传感器。该传感器的接收线圈沿管道外部周向布置,能够获取管道中不同周向位置的振动信息,从而实现对管道中焊缝、法兰等轴对称结构与缺陷等非轴对称结构的识别,并进行了实验验证。最后,研究了一种基于周向四等分传感器的缺陷周向定量方法。针对周向刻槽缺陷,利用有限元仿真方法,分析了缺陷不同模态的信号特征,并给出了基于周向四等分传感器的缺陷周向定量方法。该方法首先通过各线圈中F(1,3)与L(0,2)模态信号峰值之比实现缺陷中心的周向定位;然后以缺陷中心位置为基准,得到某线圈中心位于基准位置时F(1,3)模态极大值和极小值对应的时刻,再将该线圈边缘置于基准位置时得到相应时刻的F(1,3)模态信号幅值之差,通过该幅值差的绝对值与L(0,2)模态峰峰值之比即可得到缺陷的周向角度。实验结果表明,采用该方法可以对深度大于40%壁厚的缺陷进行周向定量分析,并且与缺陷深度无关。
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