超声导波检测技术的研究进展_周正干
超声导波检测技术在压力管道检测中的应用研究
超声导波检测技术在压力管道检测中的应用研究【摘要】本文旨在探讨超声导波检测技术在压力管道检测中的应用研究。
引言部分介绍了本研究的背景和研究意义，指出压力管道检测的重要性。
正文部分分别从超声导波检测技术概述、压力管道检测需求分析、应用案例分析、优势与局限性以及技术改进与发展等方面展开讨论。
结论部分展望了超声导波检测技术在压力管道检测中的应用前景，并总结提出建议。
通过本文的研究，将为压力管道领域提供更加准确、高效的检测方法，有望推动该领域的发展。
【关键词】超声导波检测技术，压力管道，应用研究，需求分析，案例分析，优势，局限性，技术改进，发展，展望，总结，建议1. 引言1.1 背景介绍压力管道是输送液体或气体的重要设施，在工业生产中扮演着至关重要的角色。
随着管道运行时间的延长和环境条件的变化，管道存在着腐蚀、疲劳、裂纹等问题，给管道的安全性和稳定性带来了挑战。
及时有效地检测管道的健康状况，成为保障生产安全的关键措施。
本文将探讨超声导波检测技术在压力管道检测中的应用研究，深入分析其优势与局限性，探讨技术改进与发展方向，并展望其在压力管道检测领域的前景，旨在为压力管道检测技术的发展提供有益的参考和借鉴。
1.2 研究意义超声导波检测技术在压力管道检测中的应用研究具有重要的理论和实际意义。
随着社会经济的快速发展，压力管道在工业生产中扮演着至关重要的角色，其安全运行直接影响着生产效率和人员生命财产安全。
研究超声导波检测技术在压力管道检测中的应用，可以提高管道的安全性和可靠性，有助于预防管道事故的发生，保障工业生产的正常运行。
超声导波检测技术相比传统的检测方法具有更高的精度和灵敏度，能够检测出管道内部的微小缺陷和裂纹，实现对管道的全面监测和评估。
这对于提前发现潜在问题，及时采取修复措施，延长管道的使用寿命具有重要意义。
研究超声导波检测技术在压力管道检测中的应用，不仅可以提高管道的安全性和可靠性，保障工业生产的正常进行，还可以推动检测技术的创新与发展，为工程技术领域的进步做出积极贡献。
超声导波在大型薄铝板缺陷检测中的应用
第29卷 第4期航 空 学 报Vo l 29No 4 2008年 7月ACT A A ERON A U T ICA ET A ST RO N AU T ICA SIN ICA July 2008收稿日期:2007 06 12;修订日期:2007 08 07基金项目:国家自然科学基金(50475006)通讯作者:周正干E mail:zz hen ggan@bu aa edu cn文章编号:1000 6893(2008)04 104405超声导波在大型薄铝板缺陷检测中的应用周正干1,冯占英1,2,高翌飞1,朱譞1(1 北京航空航天大学机械工程与自动化学院,北京 100083)(2 军事交通学院装运机械系,天津 300161)Application of Ultrasonic Guided Waves to Defect Inspection ofLarge Thin Aluminum PlateZhou Zheng gan 1,Feng Zhany ing 1,2,Gao Yifei 1,Zhu Xuan 1(1 School of M echanical Engineering and A utomatio n,Beijing U niversit y ofA ero nautics and A stro nautics,Beijing 100083,China)(2 Depart ment o f Handling F acilities,Academ y of M ilitary T ransport at ion,T ianjin 300161,China)摘 要:为了提高大型薄板超声检测的速度,研究了超声导波及其在大型薄铝板缺陷检测中的应用。
推导了超声导波在大型薄铝板中传播的理论模型,分析了导波的波结构,设计并实践了导波检测薄铝板缺陷的方法。
试验结果表明,若选取S0导波模式对1mm 薄铝板进行线扫描检测,在有缺陷的地方会出现明显的回波信号。
超声导波检测技术在压力管道检测中的应用研究
超声导波检测技术在压力管道检测中的应用研究
超声导波检测技术是一种非破坏性的检测技术，可以应用在压力管道的检测中，用于
检测管道的腐蚀、裂纹和疲劳等缺陷。
本文将对超声导波检测技术在压力管道检测中的应
用进行研究。
超声导波检测技术是一种通过在管道内传播超声波来检测管道内部缺陷的方法。
它通
过在管道内表面安装多个传感器，将超声能量引导至管道内部，然后通过接收传感器捕获
的超声信号，来分析管道的内部情况。
该技术具有高效、准确、可靠、经济等优点，已经
被广泛应用于压力管道的检测中。
超声导波检测技术在压力管道检测中可以用来检测管道的腐蚀缺陷。
管道长期运行后，由于介质的作用和外界环境的影响，管道的内壁会出现腐蚀现象。
使用超声导波检测技术
可以通过检测超声波的传播时间和强度来确定管道的腐蚀情况。
通过对腐蚀的检测，可以
及时修复或更换受损管道，确保管道的安全运行。
超声导波检测技术的发展、应用与挑战
超声导波检测技术的发展、应用与挑战一、本文概述超声导波检测技术是一种先进的无损检测技术，通过利用超声波在材料内部传播的特性，实现对材料内部缺陷、损伤和性能变化的精确检测。
随着科技的进步和工业的发展，超声导波检测技术在诸多领域如航空航天、石油化工、医疗设备、交通运输等中发挥着日益重要的作用。
本文旨在全面概述超声导波检测技术的发展历程、应用领域以及当前面临的挑战，以期为未来该技术的研究与应用提供有价值的参考。
本文将回顾超声导波检测技术的起源与发展历程，介绍其基本原理和技术特点。
随后，将详细分析超声导波检测技术在不同领域的应用实例，包括材料质量检测、结构健康监测、故障诊断与预防等。
还将探讨超声导波检测技术在应用中遇到的主要挑战，如信号传输衰减、复杂结构检测、智能化和自动化程度不足等问题。
通过对超声导波检测技术的深入研究和综合分析，本文旨在为读者提供一个全面了解该技术的视角，并为该领域的未来发展提供有益的启示和建议。
二、超声导波检测技术的发展超声导波检测技术自其诞生以来，已经经历了数十年的技术发展与进步，其发展历程可以分为几个关键阶段。
早期阶段，超声导波检测主要依赖于传统的压电晶体作为换能器，信号处理和数据处理能力有限，因此其应用范围主要局限在一些简单的结构和材料检测中。
随着电子技术和信号处理技术的发展，超声导波检测逐渐引入了数字化信号处理技术，大大提高了信号的分辨率和抗干扰能力。
进入21世纪，随着计算机技术和大数据技术的飞速发展，超声导波检测开始进入智能化时代。
现代超声导波检测系统不仅能够实现实时数据采集、处理和分析，还能通过机器学习、深度学习等人工智能技术，对检测数据进行自动解读和预测。
各种新型的超声导波换能器、阵列探头等设备的出现，使得超声导波检测能够适用于更加复杂和精细的结构和材料检测。
在硬件技术发展的同时，超声导波检测的理论研究也在不断深入。
例如，对于超声导波在材料中的传播特性、散射机制、信号识别等方面的研究，为超声导波检测技术的应用提供了坚实的理论基础。
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北航考博辅导班：2019北京航空航天大学机械电子工程考博难度解析及经验分享根据教育部学位与研究生教育发展中心最新公布的第四轮学科评估结果可知，全国共有93所开设机械电子工程专业的大学参与了2017-2018机械电子工程专业大学排名，其中排名第一的是哈尔滨工业大学，排名第二的是华中科技大学，排名第三的是重庆大学。
作为北京航空航天大学实施国家“211工程”和“985工程”的重点学科，北京航空航天大学的机械电子工程一级学科在历次全国学科评估中均名列第十五。
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二、综合考核三、综合考核由两部分组成：导师评价与专家面试。
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专家面试：由学院招生工作小组统一组织学院老师组成面试专家组（不少于5人），进行面试，面试总成绩为300分。
面试主要内容和形式如下：（1）思政考核：不合格者不予录取。
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（3）专业知识考核（满分：100分）全面考核考生对所学学科(专业)理论知识和应用技能掌握程度，利用所学理论发现、分析和解决问题的能力，及对所学和报考学科发展动态的了解以及在报考专业领域发展的潜力。
（4）综合能力测试（满分：100分）全面考核考生教育背景、科研能力、创新潜力、逻辑思维、语言表达、心理素质等。
超声导波检测技术的发展及应用
超声导波检测技术的发展及应用
超声导波检测技术始于20世纪40年代，当时主要应用于船舶工业中用于检测其中的结构缺陷。
之后随着科学技术的发展，超声导波检测技术逐渐应用于大型工程结构的健康监测工作中。
在20世纪70年代，随着计算机技术的发展，超声导波检测技术得到了进一步的发展，能够更准确地定位和识别缺陷。
1.全面性：超声导波检测技术可以同时监测结构中的多个位置，并可以检测不同尺寸和类型的缺陷。
2.远程性：超声导波可以在结构中传播较远的距离，可以覆盖大范围的结构。
3.高灵敏度：超声导波可以探测微小的缺陷，并可以提供更准确的缺陷信息。
4.实时性：超声导波检测技术具有实时监测的能力，能够在结构中的变化发生时及时做出反应。
1.钢铁结构的健康监测：超声导波检测技术可以对钢铁结构进行长期的健康监测，及时发现结构中的疲劳裂纹或其他缺陷，提前进行维修或更换。
2.桥梁结构的监测：超声导波检测技术可以对桥梁结构中的混凝土或钢材进行监测，及时发现结构中的隐患，保证桥梁的安全使用。
3.管道的缺陷检测：超声导波检测技术可以对管道中的腐蚀、裂纹等缺陷进行检测，提高管道的运行安全性。
4.风力发电机叶片的健康监测：超声导波检测技术可以对风力发电机
叶片进行监测，及时发现叶片中的损伤，保证发电机的正常运行。
总结
超声导波检测技术是一种应用十分广泛的无损检测技术，具有全面性、远程性、高灵敏度和实时性等优势，可以在工程领域中对结构进行健康监
测和缺陷检测。
随着科学技术的不断发展，相信超声导波检测技术将会得
到进一步的完善和应用。
超声导波技术在特种设备检测中的应用研究
超声导波技术在特种设备检测中的应用研究超声导波技术是一种非接触、无损检测方法，已在特种设备检测领域得到广泛应用。
超声导波技术通过在特种设备中传播超声波，并通过分析波的传播特征，确定设备中的缺陷情况，可以实现对设备的整体检测和常规检测方法无法实现的局部检测。
本文分析了超声导波技术在特种设备检测中的应用研究现状，并讨论了其在不同特种设备中的应用前景。
超声导波技术在特种设备检测中的应用范围广泛，包括压力容器、管道、铁路轨道、桥梁等领域。
对于压力容器和管道来说，超声导波技术可以实现对设备的整体检测，包括腐蚀、气泡等缺陷的检测。
由于超声波在固体中传播的特性，超声导波技术可以穿透表面层进行检测，避免了拆除设备表面的破坏性检测，提高了检测效率。
在铁路轨道和桥梁的检测中，超声导波技术可以检测隐蔽缺陷，如裂纹、腐蚀等，有效提高了设备的使用寿命和安全性。
超声导波技术的应用研究中，主要包括超声波的传播、信号处理和缺陷检测三个方面。
超声波的传播是超声导波技术的基础，传播的特征可以提供设备中缺陷的位置、形状和大小等信息。
通过信号处理，可以提取出超声波信号中的缺陷特征，并进行分析。
缺陷检测则是根据超声波的传播特征和信号处理结果，确定设备中是否存在缺陷，并对缺陷进行定量评估。
尽管超声导波技术在特种设备检测中具有广泛的应用前景，但目前仍存在一些挑战。
超声波在不同材料中的传播特性会受到材料的性质和形状的影响，需要针对不同特种设备的具体情况进行研究。
超声波传播过程中会受到杂音的干扰，需要通过信号处理技术提高信号质量。
超声导波技术的应用还需要专业的人员进行操作和分析，对人员的要求较高。
超声导波技术在特种设备检测中具有重要的应用价值。
通过超声导波技术，可以实现对特种设备的整体和局部检测，提高设备的使用寿命和安全性。
未来的研究工作可以进一步优化超声波传播特性和信号处理技术，提高检测效率和准确性，推动超声导波技术在特种设备检测中的应用。
超声导波技术在特种设备检测中的应用研究
超声导波技术在特种设备检测中的应用研究
超声导波技术是一种非破坏性测试技术，在特种设备检测中具有广泛的应用价值。
本
文主要研究超声导波技术在特种设备检测中的应用。
超声导波技术是一种基于散射波和导波现象的测试方法，可以在材料内部传播的超声
波进行传播与检测。
它具有快速、高效、准确、定量等特点，适用于检测特种设备中的裂纹、腐蚀、疲劳、松动等缺陷，能够发现隐蔽性缺陷，提高设备的安全性。
在核电设备检测中，超声导波技术可以检测核电站中的蒸汽发生器、主蒸汽线、蒸汽
分离器、管道等关键设备中的缺陷。
通过超声导波技术，可以检测到蒸汽发生器中的腐蚀、裂纹等缺陷，及时采取修复措施，确保核电站的安全运行。
超声导波技术还可以用于核电
站中的燃料管道的检测，及时发现管道中的裂纹和疲劳破坏，确保燃料的安全运输。
在飞行器中的应用，超声导波技术可以用于飞机翼、起落架、发动机等关键部件的检测。
通过超声导波技术，可以检测到飞机翼中的裂纹、腐蚀等缺陷，提前进行修复，确保
飞机的安全飞行。
超声导波技术还可以用于发动机内的零部件的检测，及时发现故障，防
止发动机失效，保证飞机的飞行安全。
超声导波技术在特种设备检测中有着广泛的应用。
通过超声导波技术的检测，可以发
现特种设备中的缺陷，及时采取措施，确保设备的安全运行。
随着超声导波技术的不断发
展和创新，相信在特种设备检测中的应用将会越来越广泛。
激光超声技术在先进复合材料无损检测中的应用研究
激光超声技术在先进复合材料无损检测中的应用研究孙广开;周正干;陈曦【摘要】In order to realize the noncontact and high precision testing of aerospace composites, the application research for the testing of composite materials with laser ultrasonic technology is carried out. Various kinds of composite materials with simulated defects are prepared as specimen, including the carbon fiber reinforced composites and ceramic matrix composites. An all optical laser ultrasonic testing system with laser generation and detection is self-developed and the corresponding experiments are conducted based on the system. The nondestructive testing of the composite specimens with simulated defects are realized, including the detection of delamination in carbon fiber reinforced composites, the detection of drilling-induced delamination in carbon fiber reinforced composites, and the detection of internal delamination in C/SiC composites. The results prove that the laser ultrasonic testing technology is applicable for the testing of internal delamination with a diameter larger than 2 mm in carbon fiber reinforced composites, the pony-size drilling-induced delamination can be detected, and the internal delamination with a diameter larger than 5 mm in ceramic matrix composites can be characterized. It has a wide range of applications in aerospace industry.%为实现航空航天先进复合材料的非接触、高精度检测，研究激光超声技术在复合材料无损检测中的应用。
海上在役管线的全面检测技术
海上在役管线的全面检测技术【摘要】本文针对目前海上在役管线存在的隐患，通过分析在役管线常用的检测方法，选择并重点论述了超声导波检测技术的原理和优越性，经过具体项目的实施应用，验证了超声导波检测的快捷性和有效性，结合其他检测手段可以实现在役管线的全面检测。
【关键词】管线检测超声导波腐蚀超声测厚海上在役管线的腐蚀和穿孔是威胁作业方生产安全的重要因素，由于管线在风大和海洋大气中湿度大、盐含量高等恶劣环境下长期使用，管壁受冲刷和腐蚀以致减薄穿孔，常常发生泄漏事故。
不仅给企业造成经济上的巨大损失，且会造成环境污染。
因此选择快捷有效的检测方法对在役管线进行检测，查找出风险点并及时采取措施进行控制显得十分重要。
1 管线常用的检测方法在役管线常用的检测方法主要有：漏磁检测法、电流检测法、涡流检测法以及超声波检测法等。
1.1 漏磁检测法漏磁检测原理如下：当采用漏磁检测方法对管线的壁厚进行检测时，由线圈产生交变磁场进入被检测管壁。
若被测管壁已受腐蚀减薄或者存在裂纹，部分磁力线将外溢，此时，利用磁敏探头采集到信号，通过对信号的分析，即可得知管壁的受损情况。
漏磁检测方法也存在局限性，它只限于材料表面和近表面的检测，被检测管壁不能太厚；干扰因素多并且需要特殊的信号处理；另外管线中的油或水对漏磁检测仪的检测也有很大影响。
漏磁检测适合于检测管壁的细小缺陷如管壁裂纹和直径很小的腐蚀点等。
1.2 电流检测法电流检测法的原理是：在被检表面通过一定值电流，其不同部位产生不同的电位分布，通过测量点位分布可判断它的厚度、裂纹的深度等。
根据电流检测所使用的电流，可分为直流法和交流法两种。
直流电流检测不受磁导率的影响，故检测较方便，但它必须有稳定性能好的恒流源和低噪音、高灵敏度的放大器。
交流电流检测灵明度较高，由于交流电有趋肤效应，测量电流较小，受工件形状的影响亦较小。
该检测方法不仅与电导率有关，同时还受磁导率影响，因而操作较复杂。
电流检测广泛使用于焊缝区熔合程度的检查，还用于测量裂纹深度及倾斜角。
相位编码脉冲压缩方法在空气耦合超声检测信号处理中的应用_周正干
13位Barker码 + + + +
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Tc T
图1
码元为正弦的 5 位及 13 位巴克码编码信号
相位编码脉冲压缩过程通常采用时域卷积方 法实现， 以二相5位巴克码为例， 其相位编码脉冲压 缩过程(即求其自相关函数)如图2所示。
5位Barker码 1 1 1 -1 * 1 1 1 -1 1 = 1 0 1 0 1 5 0 1 0 1 自相关函数
0
*
前言
空气耦合超声检测技术是以空气作为耦合介 质的非接触超声无损检测方法，已在多个领域得到 推广应用，是材料缺陷检测及材料特性分析的有效
国家商用飞机制造工程技术研究中心创新基金资助项目 (201214)。 xxxxxxxx 收到初稿，xxxxxxxx 收到修改稿
手段[1-2]。 由于该技术面临因超声信号在气固界面反 射率高、透射率低而导致的接收信号信噪比差的问 题， 大大影响了实际检测结果的可靠性和检测精度， 国内外主要从新型空气耦合超声换能器的研制及数 字信号处理技术这两个方向开展研究。近 20 年来， 多种空气耦合超声换能器换能材料及匹配材料被研 发出来， 使得超声换能效率及灵敏度获得显著提升， 并发展出多种频率在 50 kHz～2 MHz 范围的高效率
网络出版时间：2013-06-25 12:57 网络出版地址：/kcms/detail/11.2187.TH.20130625.1257.010.html
机
械
工
程
学
报
南昌航空大学学报(自然科学版)
2007年9月第21卷 第3期南昌航空大学学报(自然科学版)Journal of Nanchang Hangkong University (Natural Science )Sep.,2007Vol 121 No .3[收稿日期] 2007-05-10[基金项目] 国家自然科学基金资助项目(50675012)。
[作者简介] 周正干(1967-),男,教授,博士,主要研究方向为超声无损检测、计算机测控系统。
空气耦合式超声波无损检测技术的发展周正干,魏 东(北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京 100083)[关键词] 空气耦合;超声波;无损检测[摘 要] 空气耦合式超声波无损检测技术具有完全非接触、无损伤的特点,可用于传统超声检测手段难以适应的场合。
本文介绍了空气耦合式超声检测技术的发展历程和主要难点,总结了该技术近几年的实际应用情况,分析了该技术的局限性。
[中图分类号] T V698.15 [文献标识码] A [文章编号]1001-4926(2007)03-0096-05Progress of a i r -coupled ultra son i c non -destructi ve testi n g technologyZ HOU Zheng -gan W E IDong(School of M echanical Engineering and A uto m ation,B eihang U niversity,B eijing 100083,China )Key words:air -coup led;ultras onic;non -destructive testingAbstract:A ir -coup led ultras onic non -destructive testing possesses the characters of comp lete non -contact and non -destructi on .It can be used in s ome situati ons in which traditi onal ultras onic testing is not able t o be adop ted .Its devel opment and main technical diffi 2culties are intr oduced .Its app licati ons in recent years are su mmarized and its li m itati ons analyzed .超声波在无损检测领域有着广泛的应用但传统的检测方法需要使用专门的耦合剂或采用水浸法来减少超声波在空气中传播的损失限制了它的适用范围(例如在多孔渗水材料、食品、药品、木制品、对水或其他耦合剂敏感的场合、在线运动部件检测、禁止接触的医用领域等),也很难获得高的检测速度。
工程类超声导波检测技术
应用范围：适用 于大型混凝土结 构、钢结构等建 筑结构的检测， 可检测结构内部 的裂纹、分层、
脱粘等损伤
优势与局限性：超 声导波检测具有非 接触、远距离检测 的特点，但信号传 播易受环境干扰， 需要结合其他检测 方法综合评估结构
状况
桥梁检测：利用超声导波检测桥梁的混凝土结构，确定损伤位置和程度。 管道检测：对石油、天然气等管道进行超声导波检测，检测管道的腐蚀、裂纹等缺陷。 隧道检测：利用超声导波对隧道进行无损检测，检测混凝土衬砌的损伤和裂纹情况。 桩基检测：对桩基进行超声导波检测，确定桩身的完整性及缺陷情况。
工程类超声导波检测 技术
汇报人：XX
目录
添加目录标题ห้องสมุดไป่ตู้
超声导波检测技术概述
工程类超声导波检测技 术的基本原理
工程类超声导波检测 技术的设备和系统
工程类超声导波检测技 术的应用实例
工程类超声导波检测技术 的发展趋势和未来展望
添加章节标题
超声导波检测技术 概述
超声导波检测技术是一 种无损检测技术，利用 超声波在固体介质中传 播的特性进行检测。
维护保养：定期对 设备进行保养和维 护，保证设备的正 常运行和使用效果
安全防护：确保操作 人员在使用过程中采 取必要的安全防护措 施，防止设备故障或 意外事故的发生
工程类超声导波检 测技术的应用实例
检测原理：利用超声导波在管道中传播的特性，检测管道的缺陷和损伤 应用场景：石油、天然气等管道的检测 技术优势：高效、准确、无损，可实现长距离检测 实际案例：某石油公司采用超声导波技术检测管道，成功发现并避免了潜在的安全隐患
超声导波在物质中的传播 特性
超声导波与物质的相互作 用机制
超声导波在检测中的实际 应用
超声导波技术在特种设备检测中的应用研究
超声导波技术在特种设备检测中的应用研究
超声导波技术是一种非破坏性检测技术，广泛应用于特种设备的健康检测和故障诊断。
本文将结合实际案例，对超声导波技术在特种设备检测中的应用进行研究。
超声导波技术在压力容器的安全检测中发挥重要作用。
压力容器是一种常见的特种设备，广泛应用于化工、石油等行业。
采用超声导波技术可以对容器内部的裂纹、疲劳等缺
陷进行检测，避免事故的发生。
某石化厂的乙烯冷凝器出现泄漏现象，经超声导波检测发
现容器内部存在多处裂纹。
及时进行维修和更换，避免了严重的事故发生。
超声导波技术在管道检测中也有广泛应用。
管道是特种设备中常见的组件，对其进行
定期检测至关重要。
传统的管道检测方法通常需要关闭管道，拆卸部分设备，工作量大且
费时费力。
超声导波技术可以利用管道内的导波特性，通过发射和接收超声信号进行在线
检测。
在某电厂的给水管道中，通过超声导波技术检测到一处管道存在腐蚀和凹坑，及时
进行修复，避免了管道破裂导致的水灾事故。
超声导波技术在储气罐、储罐、轴承等特种设备的检测中也得到了广泛的应用。
通过
利用超声信号在材料中的传播特性，可以对这些设备的结构、焊接缺陷、裂纹、腐蚀等进
行检测和评估。
这不仅提高了特种设备的安全性能，同时也延长了设备的使用寿命，降低
了维修成本。
超声导波技术在特种设备检测中的应用非常广泛。
通过对特种设备的检测和评估，可
以及时发现潜在缺陷，避免事故的发生，提高设备的可靠性和安全性。
超声导波技术的不
断创新和发展将为特种设备的安全运行提供更好的保障。
超声检测技术的研究进展
超声检测技术的研究进展随着科技的不断发展，各种先进的技术也在不断涌现。
其中，超声检测技术是一种非常重要和广泛应用的技术。
此技术广泛应用于医疗领域、工业领域、计量领域等各个领域。
在本文中，我们将探讨超声检测技术的研究进展以及其未来的发展。
一、超声检测技术的基本原理超声检测技术是指利用高频声波（40kHz~100MHz）对物体进行检测和识别的一种技术。
声波在物体中传播时，会受到物体的阻挡，从而发生反射、散射等现象，这些现象可以被接收器捕捉到并被用来检测和分析物体的性质和结构。
超声检测技术有很多种不同的应用，如波束成像、斯托克斯流动测量、超声声阻抗成像、超声剪切波成像等。
其中，波束成像技术是超声检测技术中最为广泛应用的一种技术。
这种技术可以通过控制声波的发射和接收，实现对被测物体的三维成像，从而得到物体的形状、大小和位置等信息。
二、超声检测技术的研究进展随着科技的不断发展，超声检测技术也在不断发展。
下面我们将分别从医疗领域、工业领域和计量领域三个方面，对该技术在各个领域中的研究进展进行探讨。
（一）医疗领域超声检测技术是医疗领域中最为常用的诊断工具之一。
它可以通过检测声波在不同组织中的传播速度和反射强度，来为医生诊断出各种疾病。
例如：妇产科中的胎儿超声检测、心脏疾病超声检测、肝脏超声检测等。
随着超声检测技术的不断发展和完善，其在医疗领域中的应用也越来越广泛。
例如，二维超声波早期诊断技术已经广泛应用于产前诊断、乳腺癌检测、心脏循环系统疾病诊断、肝胆疾病诊断等领域。
三维/四维超声波成像技术，因其高分辨率、高准确性等优点, 已被广泛应用于心脏病、胎儿病变、乳腺癌和骨骼系统疾病等领域中。
（二）工业领域超声检测技术在工业领域中也有着广泛的应用。
例如，它可以被用于检测铸造件的质量，并且在飞机、汽车、火车等交通工具制造过程中，也有着广泛的应用。
由于超声波可以穿透物体并依据被测物的缺陷产生反射波，因此它成为了工业领域中的一种非常重要的断层检测技术。
超声导波检测技术在压力管道检测中的应用
超声导波检测技术在压力管道检测中的应用摘要：近年来，我国的现代化建设的发展迅速，压力管道工程建设的发展也日新月异。
管道是世界上主要的运输工具之一，其具有运输量大、经济效益高，持续运输等诸多特点。
在压力管道运输中，受管道自身质量、环境、输送介质腐蚀等因素的影响，压力管道容易出现管壁穿孔、介质泄漏等诸多问题，这不仅影响了管道运输的效率与安全，而且造成了一定的资源浪费和环境污染问题，有必要做好管道运输过程的系统检测。
新时期，超声导波检测技术的发展与应用为压力管道检测工作开展提供了技术支撑。
关键词：超声导波检测技术；压力管道检测；应用引言目前检测管道的方式较多，可以全面了解在役管道的安全状况，其中超声波检测应用广泛，不仅可以利用超声技术检测管道焊缝的缺陷，还可以利用超声技术定点侧厚，对于管体整体的内检测技术随着技术的发展越来越普及，但是有些管道常规的检测手段难以实现，比如有保温层的管道，小管径穿越的管道和套管内的管道，且该特殊部位存在薄弱点，平时难以检测，出现问题难以发现等问题，因此在不影响正常运行的条件下，对特殊位置的检测存在迫切需求。
在石油石化厂内，纵横交错、鳞次栉比的管道安全问题尤其突出，管道内的介质是高温、有毒或易燃易爆的油气化工介质，腐蚀造成的穿孔泄露将造成不可估量的损失，因此及时查找出管体的缺陷是保障安全的重要措施。
1超声导波检测原理超声导波检测激发的是一种机械弹性波，能沿着结构件有限的边界形状传播并被构件边界形状所约束、所导向，因而称为超声导波。
在管道的散射曲线中只有扭力波的声速是唯一恒定不变的，不随导波的频率改变而变化，而且扭力波只在固体中传播，管道内传输的液体对其传播特性任何没有影响，超声导波技术在管道检测中通常采用扭力波模式。
虽然超声导波的传播特性很复杂，在传播过程中伴随着不断的反射和折射，但正确选择导波模式和频率，并控制其传播方向，导波可以从其传感器位置，沿着管道快速传播，完成长距离管道的100%体积扫描检测。
超声导波检测技术原理
超声导波检测技术超声导波（Ultrasonic Guided Wave）检测技术利用低频扭曲波（Torsinal Wave）或纵波（Longitudinal Wave）可对管路、管道进行长距离检测，包括对于地下埋管不开挖状态下的长距离检测。
超声导波（也称为制导波）的产生机理与薄板中的兰姆波激励机理相类似，也是由于在空间有限的介质内多次往复反射并进一步产生复杂的叠加干涉以及几何弥散形成的。
但是对于管道检测，在一般管壁厚度下要产生适当的波型，则需要使用比通常超声波探伤低得多的频率，导波通常使用的频率f＜100KHz，因此导波对单个缺陷的检出灵敏度与通常使用频率在MHz级别的超声检测相比是比较低的，但是导波检测的优点是能传播20~30米长距离而衰减很小，因此可在一个位置固定脉冲回波阵列就可做大范围的检测，特别适合于检测在役管道的内外壁腐蚀以及焊缝的危险性缺陷。
低频导波长距离超声检测法用于管道在役状态的快速检测，内外壁腐蚀可一次探测到，也能检出管子断面的平面状缺陷。
超声导波应用的主要波型包括-扭曲波（Torsinal Wave，也简称为扭波）和纵波（Longitudinal Wave）。
扭曲波的特点是能够一边沿管子周向振动，一边沿管子轴向传播，声能受管道内部液体影响较小（在导波检测时，液体在管道中流动是允许的），回波信号能包含管轴方向的缺陷信息，通常能得到清晰的回波信号，信号识别较容易，在应用中需要换能器数量少，重量轻、费用省、因管内液体介质而产生的扩散效应较小，波型转换较少，检测距离较长，对轴向缺陷灵敏度高。
纵波特点是一边沿管子轴向振动，一边沿管子轴向传播，回波幅度与缺陷性状关系不大，回波信号不如扭波清晰，因为受管内流体流动的影响，也受探头接触面的表面状态影响较大（油漆、凹凸等）受被测管内液体介质流动的影响很大。
超声导波检测装置主要由固定在管子上的探伤套环（探头矩阵）、检测装置本体（低频超声探伤仪）和用于控制和数据采样的计算机三部分组成。
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对于各向同性的材料, 其相速度面是球面, 而对于各
向异性的材料, 其相速度面是非球面[ 4] 。L ow e M JS
等[ 5] 在对航空碳纤维蒙皮板进行检测时发现, 导波
在各向异性材料中传播时, 其频散方程为
F( s , s , , ) = 0
( 1)
1 导波的分类
导波是由于声波在介质中的不连续交界面间产 生多次往复反射, 并进一步产生复杂的干涉和几何 弥散而形成的。主要分为圆柱体中的导波以及板中 的 SH 波、SV 波、兰姆波( L am b) 和漏兰姆波[ 1] 等。
根据 Silk 和 Bainto n 的理论[ 2] , 圆柱体中 的导 波分为 轴对称纵向模式 L ( 0, m) ( m = 1, 2, 3,
2 频散特性与频散方程
频散是导波的主要特性之一, 即导波的相速度
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周正干等: 超声导波检测技术的研究进展
NDT 无损检测
随着频率的不同而不同。频散特性是导波应用于复
合材料无损检测的主要依据。对导波频散特性的研
究是深入研究导波本质的重要方面。导波的频散方
程反映了导波的频散特性。
由于频散方程数 值计算的 复杂性 以及 Bessel 函数不稳定性, 研究人员也在寻找一些近似的方法 使问题简化。N iklasson A Jonas 等[ 19] 在研究各向 同性的平板上覆盖有各向异性材料的情况时, 采用 有效边界技术( BCs) 建立了近似频散方程, 它 比全 局矩阵 法得 到 的 方程 要 小 得多, 节约 了 计 算量。 BCs 是把作用在覆盖层上的牵引力延伸到整个覆盖 层的厚度处, 建立近似频散方程时利用了覆盖层的 边界、交界面的条件以及运动方程。 2. 5 商业化软件
目前在导波技术领域有两个应用很广的商业可 视化软件, 即 L ow e 等开发的 Disperse 和 Ro se JL 等开发的 ZANL Y。这些软件可以仿真导波在平板 或圆柱体等规则形体中传播时的频散和衰减曲线, 同时可以模拟这些情况下的介质 在不同方向的 位 移、应力、应变和能量的分布。
3 导波的位移、能量和波包
2. 3 边界问题 边界问题是指导波的传输介质是处于自由边界
还是在其周围有液体, 后一种情况会造成导波的衰 减。A ristegui C 等[ 12] 研究了导波在管道内外表面 都是空气、内部是空气外部是液体、内外部都是液体
以及内部是液体 外部是空气四种情况下 的频散特
性, 他们将粘性液体等效成能传播体积纵波和切变 波的固体, 并将衰减分别考虑成由等效纵波和切变 波造成的。Y ang CH 等[ 13] 研究了压电板浸在导电 液体中的漏兰姆波( L L W) 情况。他们利用平板部 分波理论, 研究发现不同的导电液体具有不同的传 导率, 随着导电液体传导率的改变, LL W 模式发生 了平移。在国内, 他得安等[ 14] 研究了纵波模式在充 液管道中的频散特性、位移以及能量分布。
A ( 4N ) ( 4N )
0
方程中左边的各元素由给定层的拉密常数、厚度、频
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率和波数等决定。如果某层是液体, 可以删除相应 的行和列。 2. 4 频散方程的数值计算
频散方程的求解过程相当复杂, 需要求解 Bes sel 方程。对于圆柱体, 解的 形式必须 采用第三 类 Bessel 函数( 即 H ankel 函数) [ 15] 。
等[ 10] 利用柱状分层结构中轴对称声导波的波动方
程和界面弹簧模型, 导出了具有弱界面双层复合结 构中轴对称声导波的广义频散方程。中南大学杨天 春等[ 11] 利用传递矩阵法研究了三层各向同性层状
弹性固体介质中瑞利波频散曲线及自由表面的位移
强度, 说明了各频散曲线之间是互不相交的, 指出了 存在低速软弱夹层时的频散曲线特征, 论证了之字 形频散曲线的形成机理。
虽然上述定义已被广泛接受, 但是针对某些具 体问题, 研究人员也提出了不同的导波分类方法, 以 利于分析在具体问题中表现出来相似特征的导波模 式。如 V o gt T 等[ 3] 在研究部分埋地圆柱体结构中 的导波散射问题时提出了单 一( v , n) 模式, 其中 v
1 对应原弯曲模式; v= 0 对应原纵波和扭转模式。 两种模式用计数变量 n 区别。两种定义 方式的模 式, ( 0, 1) 对应 L( 0, 1) , ( 0, 2) 对应 T ( 0, 1) , ( 0, 3) 对 应 L ( 0, 2) , ( 0, 4) 对应 T ( 0, 2) 等。
减。弹性层中传播的导波的波数值是实数。
2. 2 多层结构
建立导波在多层结构中的频散方程的方法通常
是, 先求出导波在单层中的位移和应力表达式, 然后
设定层与层交界面上相应的位移和应力连续, 即分
别在相邻两层表面处得到的位移和应力值相等。目
前, 求解导波在多层结构中的频散方程主要采用传 递矩阵法和全局矩阵法[ 4] 。传递矩阵法的基本思想
关键词: 超声检测; 导波; 频散特性; 有限元; 边界元; 信号处理
中图分类号: T G 115. 28
文献标识码: A
文章编号: 1000 6656( 2006) 02 0057 07
Progress in Research of Ultrasonic Guided Wave Testing Technique
弹性材料, 导波在其中的衰减是当前研究的一个热
点。目前研究黏弹性材料的模型包 括 M axw ell 和
K elv in V oight 模型[ 4] 。对于黏弹性材料而言, 其弹
性模量是复数, 实部代表储能能力, 虚部代表耗能能
力。就黏弹性层中传播的导波来说, 其波数也是复
数[ 6] , 实部用来表征波的传播, 虚部用来表征波的衰
2. 1 波导材料
导波在介质中的传播特性与介质特性有很大关
系。目前的研究已经不仅仅局限于导波在各向同性
弹性介质中的传播特性, 还涉及到各向异性和具有
黏弹性的材料。
由广义虎克定律可知, 固体媒质的弹性性质可
以由 36 个弹性系数 Cij ( i, j = 1~ 6) 表示。具有对
称性的介质, 相应的弹性系数减少。对于各向同性
综述
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超声导波检测技术的研究进展
周正干, 冯海伟 ( 北京航空航天大学 机械工程及自动化学院, 北京 100083)
摘 要: 综述近年来超声导波检测研究的最新进展。介绍导波在不同材料和结构中的频散特
性及与之相关的理论成果。从导波的结构出发, 分析了导波在介质中能量与位移的分布。论述了 导波检测技术领域中数值分析方法和信号处理方面的一些新技术。
是消去中间层引入的所有未知量, 问题的解用外边
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界条件形式表示, 它在频厚积较大的情况下会造成 数值解的不稳定。全局矩阵法可以解决任何频厚积
范围的情况, 其求解速度比传递矩阵法快, 但涉及到 求解高阶行列式的问题。
L ow e M JS[ 7] 利用传递矩阵法建立了兰姆波在 多层平板中的频散方程。Jam es Barshinger 等[ 8] 使 用全局矩阵法推导出导波在多层圆柱体中的频散方 程。Ro se JL 等[ 4] 在飞机 机翼结冰的检测中, 研究 了不同厚度冰层和铝层的多层模型, 其研究工作表 明, 对于一个劣化模型, 其频散曲线比完好连接模型 的频散 曲线向 左偏 移。在 国内, 同 济大 学他 得安 等[ 9] 研究了复合管中纵波模式的频散特性。杜光升
Rose JL [ 20] 指出, 选择用于无 损检测的导波 模 式应考虑导波的频散特性以及波的结构 面内位移、 面外位移以及随着结构厚度变化的应力变化。不同 的波结构影响入射的能量和对缺陷的敏感程度。如 圆管中传播的导波, 其位移的轴向分量对探测圆周 向开口裂纹的灵敏度很高; 管道内外表面径向位移 的大小决定了能量泄漏量, 能量泄漏多的导波传播
需要指出的是, 根据 Rose JL 的理论[ 4] , 对于任 意一个 N 层结构( 不论材料是弹性、黏弹性、各向异 性还是各向同性) , 可以通过全局矩阵方法建立的频 散方程为
A 11
A 12
A 1( 4N )
0
A 21
A 22
A 2( 4N )
0
=
( 2)
A A ( 4N ) 1
( 4N ) 2
Abstract: T he recent advances in ult rasonic g uided w ave testing technique are summar ized. Firstly, the disper se char acter istics and the r elated t heo retical r esults of the g uided wav es in differ ent mater ials and distinct structur es ar e intro duced. T hen, based o n the structure o f the g uided waves, the distr ibution o f the energ y and displacement o f guided w aves is ana lyzed. L ast ly , some new techniques o f numer ical analy sis and signal pro cessing fo r g uided wav e no ndest ructive testing are descr ibed.
ZHOU Zheng gan, FENG Hai wei ( School of M echanical Engineering and Automation, Beijing University of Aeronautics and Astr onautics, Beijing 100083, China)