Page 65 - 《应用声学》2022年第4期

第 41 卷 第 4 期 王松浩等： 超声导波管道缺陷定位方法研究 563

小于其余所有组合通道的损伤指数，由此判定通道 图 7 为利用仿真模型对缺陷定位的结果，图中
19、20 经过缺陷；第二次迭代时，由于上一次迭代 横轴为通道编号，纵轴表示缺陷位置与激励换能器
中损伤指数最小的是组合通道 19，所以在计算中令 阵列之间的轴向距离。
m = 19，计算可得第二次迭代中组合通道 18 的损
1040
伤指数 E 17 最小，满足 E m−1 小于其余所有组合通 ᎥᬞࠄᬅͯᎶ
道的损伤指数这一判定条件，所以可进一步判断通 1035 Ꭵᬞࠀͯፇ౧
1030
道18、19、20 通过缺陷，令m = 18 进入第三次迭代； 1025

由于第三次迭代时 E 17 > E 16 ，不满足 E m−1 或 E m Ꭵᬞ҂༏ҵଊ݀ᄊᡰሏ/mm 1020
小于其余所有组合通道的损伤指数的判定条件，所 1015
以 k = 3 时停止迭代，最终判断编号为 18、19、20 的 1010
通道上存在缺陷。根据式 (2) 计算得到缺陷长度为 1005
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
53.7 mm，比实际缺陷大3.7 mm。 ᤰ᥋ᎄՂ

1.3.2 缺陷轴向定位 图 7 仿真缺陷定位结果
将 激 励 换 能 器 与 接 收 换 能 器 阵 列 的 距 离 Fig. 7 Simulation defect location results
L 1 = 900 mm及L(0,2)模态纵向导波对应的群速度
理论值v 1 = 5313.5 m/s代入t z = L 1 /v 1 + 2.5/140， 2 实验搭建
得 t z = 0.187 ms，t z 为理论上 L(0,2) 模态的直达波
2.1 实验平台搭建
信号所对应的时间。将接收到的仿真导波数据由
式 (7) 绘制出如图 6 所示的时间 -小波能量谱，可以 实验平台如图 8 所示，任意函数信号发生器
看出时间 t z 与图 6(b) 中的直达波峰值对应的时间 用于产生调制的正弦 5 峰波，信号经 RPR-4000 高
相符，由此证明实验所用信号为检测所需的 L(0,2) 功率放大器放大，用于激励电磁声换能器。电磁
模态。 声换能器与高功率放大器之间串联一个阻抗匹配
器，用于提高电磁声换能器的换能效率。激励换
4 2 能器安装在距离管道端面 360 mm 的位置，接收
ͯረ/(10 -4 mm) -2 0 换能器 1、接收换能器 2 分别安装在距离激励换能

器 900 mm、1150 mm 的位置。在距离激励换能器
-4
0 0.1 0.2 0.3 1030 mm 的位置由砂轮机制作一个人工缺陷，由
于砂轮是圆形的，受砂轮圆弧的影响，导致缺陷中
௑ᫎ/ms
间深 (深 4 mm) 而两边浅，所以缺陷长度小于平面
(a) ͌ᄾฉॎڏ
槽形的缺陷长度，实验缺陷长 41 mm、宽 16 mm、
4 ᄰ᣺ฉ
E/(10 -4 mm 2 ) 2 Ԧ࠱ฉ ኮ᥋

0 ηՂԧၷ٨ ଌஆ૱ᑟ٨2
0 0.1 0.2 0.3 ̡ࢺᎥᬞ
௑ᫎ/ms
ᇨฉ٨
(b) ௑ᫎ-࠵ฉᑟ᧚៨ ଌஆ૱ᑟ٨1
ᰴҪဋᑢ ʽͯ఻
图 6 换能器 1 接收到的信号及其能量密度谱 фԧၷ٨
᫾ઈӜᦡ٨
Fig. 6 The signal received by transducer 1 and its
energy density spectrum ༏ԧ૱ᑟ٨

由图 6 可知，反射波时间 -小波能量谱峰值对应
时间为 0.228 ms，将其代入式 (7) 中计算得到缺陷 图 8 实验系统

与激励换能器之间的距离x (q) = 1008.3 mm。 Fig. 8 Experiment system