小型超声导波管道检测系统的研究和开发

　　超声导波可以沿管道传播非常远的距离，可达到几十米，甚至上百米。如果接收探头位于距激励源较远处，接收信号就能够包含有关发射和接收两点间结构整体性的信息，这样相对原有单点的超声波探伤法大大节省了检测时间，提高了检测效率;并且导波还可以检测构件整个波传播截面的缺陷。因此研究超声导波在管道中的激励、接收及应用于缺陷检测定位等问题，对将导波技术应用在工程中具有重要的学术意义和很好的应用前景。英国的帝国理工大学的Alleyne等人建立了一集成超声导波激励和接收导波的实验系统，利用该系统在英国的两家化工厂的管道进行了实地检测。美国的宾西法尼亚州立大学的Jo-seph等人建立了一套管道导波检测系统，能够对有包筱层的管道进行检测。北京工业大学测控技术与仪器实验室建立了一套管道导波检测系统，但系统由多个分立设备组成，不同设备之间的搭接复杂。

　　针对超声导波技术的研究状况和广泛的应用前景，建立导波检测装置有着十分重要的意义。本课题的研究内容即是研制一台完整、集成化的专用超声导波检测装置，填补国内此类设备的研制空白，同时为进一步研究超声导波检测技术打下硬件基础。

　　1小型超声导波检测系统的组成

　　本系统主要包含激励和接收两大功能模块。激励模块由单片、模数转换器、功率放大器和激励用压电陶瓷换能器阵列依次串联组成;接收模块由接收用压电陶瓷换能器阵列，L山vIEw数据采集卡和肠bVIEW程序界面依次串联组成。整个系统结构如图1所示。

　　具体的工作原理为:单片机产生专用导波激励信号的数字编码，经由模数转换器译码生成模拟信号，再经过功率放大器后驱动压电陶瓷换能器。激励用压电陶瓷换能器在交变电信号的作用下，由逆压电效应产生相应的机械变形从而在所处管道上产生机械波。这种机械波以导波形式在管道中传播，在遇到如管道端部或管道缺陷时发生反射，反射回波被接收用压电陶瓷换能器所捕获，由压电效应产生相应的电信号，此信号传给L山VIEW数据采集卡进行模数转换，最后由肠山viEW软件加以处理并显示。通常在时域下分析回波信号的相对位置，结合理论算出的导波波速即可获取管道长度、缺陷位置等信息。

　　1.1压电陶瓷阵列的设计

　　由于导波具有多模态特性川，管道导波检测通常使用轴对称激励以获得较好的检测效果。为激励并接收轴对称模态，激励用压电陶瓷换能器和接收用压电陶瓷换能器应尽量均匀且紧密地环绕被侧管道端面一周。考虑到现有压电陶瓷换能器的制作工艺，最终设计将多个长度条状压电换能器均匀分布管道一周形成环状阵列。压电陶瓷换能器阵列如图2所示。机的RAM中，再通过专门的VO擂出语句将RAM中数据点全部发出。这样波形计算过程和波形发射过程分离，就避免了波形计算时间对采样颇率的负面形响，系统的采样频率只由单片机UO工作频率决定。程序流程图如图2所示。