管道在输送流体方面具有很大优势,在经济和社会发展中都起着十分重要的作用。管道内的结垢是石油、天然气、食品和许多其他相关行业普遍关注的一个问题。它迫使相关行业定期清除结垢,甚至更换管道。如果除垢操作不及时或操作不当,可能会导致管道变形、泄漏甚至爆裂。和传统除垢方法相比,超声导波除垢方法因其传播远、覆盖广和不停工等优势被广泛关注。根据上述问题,本文提出了一种基于超声导波的环保型管道除垢方法。论文提出的基于FPGA的超声导波管道除垢技术,其不仅保留了传统除垢方式的优点,而且还具有在不影响正常生产下大范围去除结垢的优势。在进行大范围除垢工作的同时,可最大程度地节省时间和资源,实现高效、快速、安全的除垢目的。本文对基于FPGA的超声导波管道除垢技术进行理论分析和实验研究。首先通过FPGA开发平台和Verilog HDL编程语言设计了基于FPGA的信号源发生器,作为除垢系统的一部分可产生满足后续除垢环节的换能器驱动信号。其次,通过有限元仿真软件COMSOL建立了基于超声导波的充液管道除垢模型并进行了两种情形的对比研究,即单件传感器和传感器阵列。经过扫描式激光测振仪挑选波形信号的最优激励频率,仿真结果表明声压呈正压和负压交替分布,且传感器阵列的声压和应力幅值较大且更均匀。最后详细介绍了 CaCO3除垢实验方案并进行相关除垢实验,通过分析电镜和能谱分析实验的数据,实验结果表明:压电超声换能器激发的超声导波可有效去除充液管道内CaCO3结垢且传感器阵列除垢效果更清洁,管道均无明显伤害。因而可得出基于FPGA的超声导波管道除垢技术可以安全有效地去除充液管道内壁CaCO3结垢的结论。