Page 99 - 《应用声学》2020年第4期

第 39 卷 第 4 期 贾九红等： 基于周向 SH0 导波的管道轴向缺陷定量表征 585

1.0 号。缺陷位于正上方，压电晶片位于缺陷左右两侧
5.000 相距缺陷 60 的位置。试验中采用 5 周期正弦脉冲
◦
0.8 16.88
信号，频率为1 MHz。
28.75
0.6
Ꭵᬞງए 40.63 ஊܸ٨ ԧၷ٨ ᇨฉ٨
ηՂ
Ҫဋ
52.50
0.4
64.38 ᎥᬞB
ԥࢺ٨
76.25
0.2
88.13
ԍႃఃྟA
0 100.0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Ꭵᬞ᫂ए/mm
图 8 反射系数云图
Fig. 8 Reflection coefficient contour
图 10 自激自收试验示意图
1.0 Fig. 10 Diagram of the pulse echo mode
7.000
0.8
18.69
Ҫဋ ηՂ ᇨฉ٨
30.38 ஊܸ٨ ԧၷ٨
0.6 42.06 ᎥᬞB ԍႃ
Ꭵᬞງए 53.75 ԥࢺ٨ ఃྟC
0.4
65.44
ԍႃఃྟA
0.2 77.13
88.81
0.0 100.5
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Ꭵᬞ᫂ए/mm
图 11 一激一收试验示意图
图 9 透射系数云图 Fig. 11 Diagram of the pitch-catch mode
Fig. 9 Transmission coefficient contour
3.2 周向SH导波与轴向缺陷长度定量关系试验
3 管 道 周 向 SH 导 波 与 轴 向 缺 陷 定 量 试 为了验证反射/透射系数与缺陷轴向长度之间
验研究
的定量关系，加工一组周向宽度为 π/180，径向深
3.1 试验系统的搭建 度 1 mm(即贯穿)，轴向长度分别为 4 mm、8 mm、
本试验主要是验证管中周向 SH 导波定量表征 12 mm、16 mm 和20 mm 的含缺陷管件。通过试验
轴向缺陷的可行性。试验设备有超声信号发生器 得到轴向缺陷不同长度的反射信号和透射信号。当
AFG3021C、信号放大器 AG1006、双工器 RDX-6、 缺陷的径向深度和周向宽度不变时，随轴向长度的
数字示波器 MDO3012 以及设备连接线、鱼夹线等。 增加反射信号的能量明显增加，透射信号的能量明
超声换能器使用 PZT-5H 的 d 35 式厚度剪切压电晶 显减少，即代表着反射信号和透射信号的能量幅值
片，尺寸为 15 mm×1 mm×1 mm，频率 1 MHz。晶 与缺陷长度存在对应关系。列举轴向长度 4 mm 和
片极化方向 P 及贴片如图 3 标记所示，长边沿管道 16 mm的波形图如图12和图13所示。

轴向。压电晶片加载的振动方向沿管道轴向，与极 将不同缺陷尺寸下的反射/透射信号转化为对
化方向 P 相同，周向 SH0 波传播方向沿管道周向， 应的反射/透射系数，可得图 14 和图 15。分析可知
即图 3 中 C 方向 [24] 。试验材料为壁厚 1 mm、外径 随着轴向缺陷长度的增加，反射系数先迅速增大，然
100 mm、轴向长为 50 mm 的 316L 直管，结构尺寸 后逐渐变缓。与模拟结果的比较，虽然实验数据略
和材料参数均与模拟保持一致。图 10 为自激自收 低于模拟值，但两者的总体变化趋势相似，且均呈现
试验连接图，可用于接收和提取自反射信号；图 11 单调变化。透射系数随轴向缺陷长度增加呈现先快
为一激一收试验连接图，可用于接收和提取透射信 速下降，后缓慢减小的趋势。说明在缺陷长度较小