超声导波管道检测中导波模态及频率的选择

　　管道在石油、化工、天然气及城市建设等行业中，起粉非常重要的作用，管道泄漏事故不仅会造成资源浪费，而且会导致严重的环境污染.管道缺陷的无损检测方法一直是人们研究的热点.用射线、超声波、磁粉以及渗透等常规无损检测方法检测在役管道时只能用抽查的方法，极易造成缺陷漏检.管道漏磁通检测器是一种利用漏磁通测量技术对管道泄漏进行检测的管道机器人(MFL_PIG )，它可以对管道腐蚀情况进行在线检测，是目前应用较广泛的长距离管道内检测技术。但许多管道由于铺设较早，管径和阀门的尺寸与现有的管道漏磁通检测器不匹配，因此不适宜采用该技术.

　　管道导波检测技术是一种新的无损检测技术.在特定的频率下，超声导波可以传播很长的距离，且能够对管道的整个壁厚进行完全检测.超声导波技术与传统的管道无损检测技术相比具有突出的优点[1]:①检测距离长(在理想状况下单方向检测可达180 m ) ,检验成本可大大降低;②仅需要对安装传感器处的管道进行表面处理;③能检测难以接近的管道系统，如带夹具、有套管或埋地的管道;④可检测整个管壁的情况(包括内壁和外壁)，可实现100检测.管道超声导波检侧原理如图1所示.

　　1管道超声导波检测中的传感器及导波模态的选择

　　管道中传播的超声导波又称为柱面导波，可分为纵向模态L(0,m)、扭转模态T(0,m)和弯曲模态F(n,m)，其中周向阶数n表示导波模态绕管壁螺旋式传播的形态(n=0,1,2,3.....,n=0时对应轴对称模态,n=1,2,3....对应非轴对称模态);模数。反映的是导波在管道厚度方向上的振动形态(m=1,2,3....)[2].

　　1.1管道导波检侧中常用的传感器

　　传感器是管道导波检测系统中的重要组成部分，用于激励导波和接收超声导波.导波在管道中的传播特性与所采用的传感器、导波模态.、激励频率、管道几何尺寸、管道内物送的介质和管道外包裹物等有密切关系.

　　目前，管道导波检测中所使用的传感器主要有压电传感器(PZT)、磁致伸缩式传感器(MsS )、电磁声传感器(EMAT )、脉冲激光式传感器和PVDF式传感器等.而压电式传感器由于使用方便、价格低廉、灵敏度高等特点而获得了最广泛应用.压电陶瓷传感器根据其结构可分为斜探头、直探头和梳状探头.不同的探头由于结构不同，激励导波的形式和模态也不相同.

　　1.2传感器的数量

　　为了产生沿管道传播的轴对称导波，需要将足够数量、特性均匀的传感器等间距地沿管道圆周方向布置传感器个数应大于在该频率处可激励的最高模态数[3]，这样，由于各弯曲模态间的相互干涉，会抑制弯曲模态波，从而增强轴对称模态波.