基于磁致伸缩效应的超声导波管道检测实验研究

　　1 引言

　　压力管道越来越广泛应用于石油、化工、热电、供水及供热等行业。管道的安全使用不仅影响到经济运行安全，还会影响到千家万户以及社会的稳定。传统的检测技术只能对管道进行抽样检测，容易造成漏检，难以适应长距离管道检测要求;超声导波检测技术具有检测距离远、检测速度快的特点，使得超声导波技术在长距离管道检测中得到越来越广泛地应用。

　　目前国际上先进的超声导波检测设备主要有英国PI 公司的TELETEST 和英国Guided Wave 公司的Wavemaker G3 系统以及美国西南研究院的MsSR3030 系统，前两者基于压电效应激励和接收超声导波，而MsSR3030 系统是基于磁致伸缩效应(Magnetostrictive Effect) 来激励和接收超声导波。磁致伸缩超声导波技术具有以下优势：可进行长距离管道检测，单方向可检测150m;检测精度高，最高灵敏度为管道横截面积损失量的2%~3%;磁致伸缩传感器(magnetostrictive sensor, MsS)不受管道直径的限制;可以采取机械干耦合和施加耦合胶的方式，前者安装简单，后者探测灵敏度高且可以长期保留磁致伸缩传感器，便于在线监测和对允许存在的缺陷进行跟踪对比。磁致伸缩超声导波技术除用于铁磁性材料检测外还可用于非铁磁性和非金属材料的检测。这些优势使得基于磁致伸缩效应的超声导波管道检测技术具有极大的应用潜力。

　　本文基于利用MsSR3030 系统，通过实验研究了基于磁致伸缩效应的超声导波可检测的管道距离及弯管检测能力。

　　2 基于磁致伸缩的超声导波技术

　　超声导波是由超声波在介质中不连续交界面间产生多次来回反射，进而产生复杂的干涉和几何弥散而形成的。管道中超声导波可沿周向传播, 称其为周向导波, 也可沿轴向传播, 分别称为纵向模态L(0,m)、弯曲模态F(n,m)和扭转模态T(0,n)。与纵向模态相比，扭转模态径向位移和轴向位移均为0，而切向位移不为0，这为扭转模态用于管道周向和轴向缺陷检测等不同类型缺陷检测提供了理论依据，扭转模态中T(0,1)模态超声导波在无包覆层单层管道中几乎无频散，用于管道检测时与管道尺寸无关且不受管道外包覆层和管内介质流动的影响，最适合用于实际管道检测。磁致伸缩效应是指铁磁性材料受磁场作用时，它的尺寸大小、形状会发生变化的效应;磁致伸缩逆效应是指当铁磁物体在原有恒定磁场作用下，同时受外力作用发生形变瞬间会引起内部磁场发生变化的效应。

　　H.Kwun 等利用磁致伸缩传感器激励超声导波并应用于长距离管道检测。在此利用基于磁致伸缩效应的超声导波管道检测系统MsSR3030 激励低频T(0,1)模态超声导波应用于实验室管道试样和现场实际管道检测。