管道无损检测超声轮式换能器的研制

3　管道缺陷的检测

将轮式换能器与驱动系统、控制及采集系统组装成管道爬行器,如图6所示.

在微型计算机控制下,爬行器沿管道轴向向前(或后退)行进,同时定时地向接触界面发射超声脉冲和接收回波.回波信号由TDS3024数字示波器采集,并由微型计算机读取,作数字处理并得出相应的管道剩余壁厚.

实验用的PVC管道长1 500 mm,内径210mm,壁厚7.5 mm,在管道0°和90°方向上人为加工了4个缺陷(图7),实际尺寸如表2所示.爬行器从管口开始自动沿0°或90°向管内爬行,并通过相应的缺陷.这时,在微型计算机上实时显示剩余厚度和轴向宽度的测量结果,结果如图8所示.

图8中第一栏记录的是爬行器的行进距离.第二栏显示了管道剩余厚度和缺陷的轴向长度,缺陷深度由完好壁厚减去剩余壁厚得到.

第三栏是用无缺陷管道外壁反射回波为标准,对测量信号做归一化处理后的归一化振幅信号,用以监测轮子与管道内壁的耦合.

第四栏是回波幅度的灰阶图,表示反射回波的强弱,判断爬行器的运行是否正常.对缺陷槽沿轴向每1 mm测量一次厚度,为表示方便每个缺陷取8次测量结果如表3所示.

表3中测量结果与实际值比较,绝对误差小于0.2 mm,说明所研制的超声爬行器对缺陷深度的检测精度优于±0.2 mm.

对缺陷长度的测量精度不太高,这主要是由于换能器本身不是聚焦的,横向分辨率低,加上缺陷边缘几何形状的影响而造成的.

从四个缺陷的第三栏实测结果可以看到图8a,8d和8c的检测中,爬行器与管壁耦合良好.而图8b的测量中,耦合不稳定,使外壁的反射回波幅度有起伏,但系统仍能提取缺陷的深度信息.

4 结语

在建立柱坐标下多层媒质中波传播的传输矩阵理论的基础上,对轮式超声换能器进行了设计和研制,得到了理论与实验相一致的回波信号,证实了多层结构模型模拟实际检测结构的可行性.利用轮式超声换能器自行开发了超声管道爬行器,对PVC管道上人工缺陷的检测表明,它的深度检测精度可达±0.2 mm,但横向分辨率较差.因此将进一步开展聚集超声换能器的轮式换能器研究,努力改善轮子与管壁的耦合,设计并研制多通道的超声爬行器