超声无损检测中的导波技术_刘镇清

磁致伸缩超声导波激励电路设计田少华;杨录;张艳花【摘要】基于直接数字频率合成技术,利用FPGA、高速DA及运算放大器等器件设计了一种超声导波激励电路,提供了一种超声导波激励的新方法.实验结果证明,该系统工作稳定,参数调节方便,能够满足磁致伸缩检测对激励源提出的要求,并实现了产品的低成本、小型化.【期刊名称】《山西电子技术》【年(卷),期】2016(000)002【总页数】3页(P36-37,52)【关键词】磁致伸缩;激励电路;直接数字频率合成技术【作者】田少华;杨录;张艳花【作者单位】中北大学信息与通信工程学院电子测试技术国家重点实验室,山西太原030051;中北大学信息与通信工程学院电子测试技术国家重点实验室,山西太原030051;中北大学信息与通信工程学院电子测试技术国家重点实验室,山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】TP212.13磁致伸缩超声导波检测技术作为一种新型的无损检测方法，与传统超声无损检测方法相比，具有速度快、距离长、效率高等突出优点[1，2]。

通常对于超声波的激励方式有两种：一种是宽带脉冲大电流激励；另一种是窄带脉冲谐振激励。

由于超声导波在波导结构中的传播存在多模态与频散特性，若超声导波激励源采用宽带脉冲激励的方法，则所激发出的超声导波包含丰富的频率成份，在被检构件中传播一定的距离后将会发生严重频散，这样会使检测中接收到的超声导波回波信号的幅值变小、波包展宽，不利于缺陷检测的分析与处理，频散严重时可能无法得到缺陷回波信号[3，4]。

通过分析频散曲线可知，在某一频段范围内，某一模态的导波几乎不发生频散。

若采用相应频段内的窄带脉冲作为激励信号，则可激励出单一模态的超声导波，这样不仅可以避免超声导波频散特性的不利影响，而且还可以提高检测的分辨率与效率。

本文基于直接数字频率合成(direct digital synthesis，DDS)技术，利用FPGA、高速DA、集成运算放大器等设计了专门用于激励超声导波的窄带脉冲谐振激励电路，该电路可实现汉宁(Hanning)窗的宽度，单频信号频率及汉宁窗脉冲的时间间隔可调，提供了一种用于激励超声导波信号的方法。

管材超声检测中导波模式及频厚积的选择他得安;刘镇清;贺鹏飞【摘要】用轴向功率流分布来选择检测自由管状结构的最佳导波模式及其最佳频厚积,并将混合边界元法应用于管状结构,对其结果的有效性进行了验证.结果表明:对于自由管材,用超声纵向L(0,1)模式检测时,频厚积在0.15MHz·mm以下时较为灵敏;用L(0,2)模式检测时,在1.4～1.8 MHz·mm之间对检测管壁中央的缺陷较灵敏;用L(0,3)模式检测时,在2.0 MHz·mm以下对管内外表面上的缺陷都较灵敏.轴向功率流分布能有效地选择检测的最佳导波模式及其频厚积.【期刊名称】《同济大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2004(032)005【总页数】5页(P696-700)【关键词】管材;超声导波;无损检测;轴向功率流;混合边界元法【作者】他得安;刘镇清;贺鹏飞【作者单位】复旦大学电子工程系，上海 200433;同济大学声学研究所，上海200092;同济大学航空航天与力学学院，上海 200092【正文语种】中文【中图分类】基础科学第 32 卷第 5 期2004 年 5 月同济大学学报JOURNALOFTONGJIUNIVERSITY Vol.32 No.5May2004管材超声检测中导波模式及频厚积的选择他得安1 ，刘镇清 2，贺鹏飞 3（1 ．复旦大学电子工程系，上海 200433 ；2 ．同济大学声学研究所，上海 2000923 ．同济大学航空航天与力学学院，上海 200092 ）摘要：用轴向功率流分布来选择检测自由管状结构的最佳导波模式及其最佳频厚积，并将混合边界元法应用于管状结构，对其结果的有效性进行了验证．结果表明：对于自由管材，用超声纵向 L(O ，1)模式检测时，频厚积在 0.15MHz ．mm以下时较为灵敏；用L(O ，2)模式检测时，在 1.4 ～ 1.8MHz ．mm 之间对检测管壁中央的缺陷较灵敏；用 L(O ，3)模式检测时，在 2.0MHz ．mm 以下对管内外表面上的缺陷都较灵敏，轴向功率流分布能有效地选择检测的最佳导波模式及其频厚积，关键词：管材；超声导波；无损检测；轴向功率流；混合边界元法中图分类号：TG115.28；TB533；0426.2文献标识码： A文章编号：0253-374X(2004)05 -0696-05 Optimal Mode and Frequency-thickness of Guided Waves Non-destructiveTestingin Pipes TA De-anl, LIU2hen-qing2, HEPeng- fei3 (1. Department of Elec 廿0nicEngineering,FudanUniversity,Shanghai200433,China;2.Instituteof Acoustics,TongjiUniversity,Shanghai200092,China;3.Schcol of AerospaceEngineeringand AppliedMechanics,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)Abstract:Thepaperadvancedaxial powerflow distribution tochoosethe optimalguidedwavemodeanditsfrequency-thicknessproductsfor non-destructivetesting(NDT)of pipes,andhybridboundaryelementmethodisused topipestoverify the validityof theresults.TheresultsshowedthatforNDTofpipes,theoptimalfrequency-thicknessproductsandtestinglocationsof usingeachmodeareL(O,1)mode under0.15MHz-mmforeverywhere,andL(0,2) modein l.4～ 1.8MHz-mmfor the middle ofwa11,L(0,3)modeunder2.0 MHz- mmforinnerand outerwalls.Axial powerflow distributioncan be effectivein choosingoptimal guidedwaveanditsfrequency-thicknessproducts of NDT. Key words:pipes; ultrasonic guidedwaves;non-destructive testing(NDT); axial powerflow; hybrid boundaryelementmethod近年来，随着天然气的广泛应用，天然气管道的无损检测成为一个重要的问题．传统的超声方法是用基本的纵波来逐点测量管壁厚度，非常费时且设备昂贵，超声导波技术可以利用超声探头在一个位置上检测整个管壁而不用除去隔绝层．因此，超声导波提供了一个更具吸引力的方法[1]．导波从缺陷处收稿日期： 2003-04 -17基金项目：国家自然科学基金资助项目(10074050)；上海市博士后科学基金资助项目作者简介：他得安（ 1972- ），男，甘肃积石山人，理学博士． E-mail:tda@fudan ． edu ． cn第32卷第 5 期 2004 年 5 月同济大学报JOURNALOFTONGJIUNIVERSITY Vol.32 No.5 May20041，刘镇清2贺鹏飞3（复旦大学电子工程系，上海 200433 ；2 ．同济大学声学研究所，上海200092 3同济大学航空航天与力学学院，上海 200092 ）摘要：用轴向功率流分布来选择检测自由管状结构的最佳导波模式及其最佳频厚积，并将混合边界元法应用于管状结构，对其结果的有效性进行了验证．结果表明：对于自由管材，用超声纵向 L(O ，1)模式检测时，频厚积在 0.15 MHz ．mm以下时较为灵敏；用 L(O ，2)模式检测时，在 1.4 ～ 1.8MHz ．mm 之间对检测管壁中央的缺陷较灵敏；用 L(O ，3)模式检测时，在 2.0MHz ．mm 以下对管内外表面上的缺陷都较灵敏，轴向功率流分布能有效地选择检测的中图分类号： TG115.28；TB533；0426.2文章编号：0253-374X(2004)05 -0696-05 Non-destructiveTestingin Pipes De-anl, LIU2hen-qing2, HEPeng- fei3 Department of Elec 廿0nicEngineering,FudanUniversity,Shanghai200433,China;2.Instituteof Acoustics, TongjiUniversity,Shanghai200092,China;3.Schcol of AerospaceEngineeringand Applied Mechanics,TongjiUniversity,Shanghai200092,China) Abstract:Thepaperadvancedaxial powerflow distribution tochoosethe optimalguidedwavemode anditsfrequency-thicknessproductsfor non-destructivetesting(NDT)of pipes,andhybridboundary elementmethodisused topipestoverify the validityof the results.TheresultsshowedthatforNDTofpipes,theoptimalfrequency-thicknessproductsandtestinglocationsof usingeachmodeareL(O,1) mode under0.15MHz-mmforeverywhere,andL(0,2) modein l.4～ 1.8MHz-mmfor the middle of wa11,L(0,3) modeunder2.0 MHz- mmforinnerand outerwalls.Axial powerflow distributioncan be effectivein choosingoptimal guidedwaveanditsfrequency-thicknessproducts of NDT. words:pipes; ultrasonic guidedwaves;non-destructive testing ( NDT); axial powerflow; hybrid boundaryelementmethod近年来，随着天然气的广泛应用，天然气管道的无损检测成为一个重要的问题．传统的超声方法是用基本的纵波来逐点测量管壁厚度，非常费时且设备昂贵，超声导波技术可以利用超声探头在一个位置上检测整个管壁而不用除去隔绝层．因此，超声导波提供了一个更具吸引力的方法[1]收稿日期： 2003-04 -17基金项目：国家自然科学基金资助项目(10074050)；上海市博士后科学基金资助项目作者简介：他得安（ 1972- ），男，甘肃积石山人，理学博士． E-mail:tda@ fudan ． edu ． cn第 5 期他得安，等：管材超声检测中导波模式及频厚积的选择反射后，再由同一换能器接收．置于空气中的钢管中的导波可以传播几十米[2，3] ；当管道被埋于矿石棉中时，也可以获得类似的结果[4]但是对导波在管材中的传播特性还没有完全了解，对导波与缺陷相互作用后所发生的导波模式转换现象了解得更少，这就使人们在导波模式及其频厚积的选取上遇到了困难．笔者首先对超声导波在自由管状结构中的传播特性进行了分析；并对轴向功率流分布进行了详细的讨论，初步确定用各模式检测自由管材的最佳频厚积范围和检测的最佳位置，并将混合边界元法应用于管材，对其结果的有效性进行验证． 1超声导波在管材中的频散方程简介假设管材是轴对称、且无限长的；材料特性是均匀的、横向各向同性的线弹性体；导波是连续的、具有实频的能量有限信号．连续波和实频的假设表明瞬时效应不能直接包含在模型中；能量有限的假设意味着外部能量不能附加进去，所求出的也只是沿轴向传播的导波的解，假设管材的周围介质是真空．在这种情况下，内外表面上没有位移限制，而1 个垂直应力和2 个切应力在界面上变为零．即在内半径为口，外半径为 6 的两边界上，边界条件为 12345 频厚积／ (MHz． mm)a相速度频散曲线Urr=are=(Jrz=0, r=a,6 (1)根据均匀、各向同性线弹性介质中的弹性动力学运动方程[5]和边界条件式 (1) ，产生～组特征方程，形成以幅度 A ，B ，Ai ，Bi ，A3 ，B3 的矩阵形式：[C.][E]=0,i,j=1,2,… ,6(2) 其中：E=[AB AlBiA383lT ，Cij 为系数矩阵，其表达式参见文献 [6].为使式 (2) 有非零，其系数行列式必须为零，即： f Cij{ -0, i,j -1,2,… ,6(3)式(3)即为管中导波的频散方程．在 Cij的表达式中含有一系列 Bessel 函数，所以，选取合适的 Bessel 函数对方程(3)中解的稳定性非常重要，其具体的选取方法参见文献[7]．当周向阶次 n=0 时，式(3)可写为 DID2-0(4)式中：Di=CllC31C41C61C12C32C42C62C14C34C44C64C15C35C45C65 C23C26D2='C53C56(5)Di=0时所对应的模式就是纵向轴对称模式．它的位移在 (r ， z)平面内，因此没有周向位移分量，即 u0 =0.纵向模式频散方程的理论结果如图 1 所示，，I ∞ 暑g 蜊制枯 12345 频厚积／(MHz． mm)b群速度频散曲线图 1 内半径为 15mm ，壁厚为 2mm 的铜管中导波纵向模式 L(O ，1)～L(O ，7)的频散曲线 Fig.1 Dispersioncurvesof L(O,1) ～L(0,7)modesfor the brass pipewithinside radiusof 15 mmandwallthicknessof 2 mm 2轴向功率流分布同一导波模式的应力、位移和轴向功率流等参量握结构慢：戡匦土的分布不冠，丽不丽导淑模式的这些参量在横截面上的分布也不同．因此，研究导波模式在横截面上的参量分布情况，对超声检测来说是非常有益的，文中主要研究不同纵向导波模式的轴向功率流在管壁上的分布情况，以便对超声检测中导波模式及频率的选择提供一定的理论依据． Nooo\ovNo(I-SIU.LU)/~I~I: 翼5期他得安，等：管材超声检测中导波模式及频厚积的选择反射后，再由同一换能器接收．置于空气中的钢管中的导波可以传播几十米[2，3] ；当管道被埋于矿石棉中时，也可以获得类似的结果[4]，对导波与缺陷相互作用后所发生的导波模式转换现象了解得更少，这就使人们在导波模式及其频厚积的选取上遇到了困难．笔者首先对超声导波在自由管状结构中的传播特性进行了分析；并对轴向功率流分布进行了详细的讨论，初步确定用各模式检测自由管材的最佳频厚积范围和检测的最佳位置，并将混合边界元法应用于管材，对其结果的有效性进行验证．超声导波在管材中的频散方程简介假设管材是轴对称、且无限长的；材料特性是均匀的、横向各向同性的线弹性体；导波是连续的、具有实频的能量有限信号．连续波和实频的假设表明瞬时效应不能直接包含在模型中；能量有限的假设意味着外部能量不能附加进去，所求出的也只是沿轴向传播的导波的解，假设管材的周围介质是真空．在这种情况下，内外表面上没有位移限制，而 1 个垂直应力和 2 个切应力在界面上变为零．即在内半径为口，外半径为 6的两边界上，边界条件为 4 5频厚积／(MHzmm) a根据均匀、各向同性线弹性介质中的弹性动力学运动方程[5]和边界条件式 (1) ，产生～组特征方程，形成以幅度 A ，B ，Ai ，Bi ，A3 ，B3的矩阵形式：[C.][E]=0,i,j=1,2,…,6 (2)其中：E=[AB Al Bi A3 83lT ， Cij 为系(3)式(3)即为管中导波的频散方程．在 Cij 的表达式中含有一系列 Bessel 函数，所以，选取合适的 Bessel 函数对方程 (3)中解的稳定性非常重要，其具体的选取方法参见文献[7]． DID2 -0 (4)式中： Di= Cll C31 C41 C61 C12 C32 C42C62 C14 C34 C44 C64 C15 C35 C45 C65 C23 C26 D2 = ' C53 C56 (5) Di=0I∞暑 g蜊制枯频厚积／(MHz b图内半径为 15mm ，壁厚为 2mm 的铜管中导波纵向模式 Dispersioncurvesof L(O,1) ～L(0,7)modesfor the brass pipe withinside radiusof 15 mmandwallthicknessof 2 mm量握结构慢：戡匦土的分布不冠，丽不丽导淑模式的这些参量在横截面上的分布也不同．因此，研究导波模式在横截面上的参量分布情况，对超声检测来说是非常有益的，文中主要研究不同纵向导波模式的轴向功率流在管壁上的分布情况，以便对超声检测中导波模式及频率的选择提供一定的理论依据． N o oo \o v (I-SIU. LU) / ~I~I:翼同济大学学报第32 卷功率流密度是速度矢量和应力张量的乘积，是声场的坡印廷矢量[8]对于轴对称纵向导波的情况，功率流密度可写为P= 一 { 二8zLralaur8t 七 Urz+azzauz8tauzat (6)式中：’ 表示复共轭，功率流密度信息非常有用，它可以表示出能量在结构中是如何流动的，例如在管壁的哪个厚度内能量传播最快，或能量是以何种方法泄漏出结构的．由式(6)可得各较低阶模式的轴向功率流分布曲线．图 2 为各较低阶纵向轴对称导波模式在各频厚积下，自由铜管内壁、管壁中央和管外壁上的轴向功率流分布曲线．从图中看出，模式 L(O ，1) ，L(O ，2) 和L(O ，3)在频厚积较高时，它们的轴向功率流分布分别与总能量密度分布曲线相似[9]频厚积／(MHz ． mm)． mm)a L(O ， 1)模式b L(O ， 2)模式c L(O ，3)模式图 2 铜管(内半径 15mm ，壁厚 2mm) 中各轴对称纵向模式在管内外壁和管壁中央的轴向功率流分布 Fig.2 Axialpowerflowamplitudedistributions of longitudinalguidedwavesat middleof wall,innerandouterwalls of brasspipe(15 mminnerradiusandwithwallthicknessof 2 mm) 从图 2a 中看出，对于模式 L(O ，1) ，当频厚积较小时，轴向功率流分布变化较小，随着频厚积的增大，轴向功率流分布变得复杂．当频厚积增大时，管内表面上的轴向功率流增大，管壁中央处的值减小，在 0.15MHz ． mm 附近分别达到最大值和最小值，而管外表面上的值基本不变；然后内表面上的值减小，在1.4MHz ． mrn 附近达到最小值，而外表面上的值在 1.6MHz ．mm 附近时开始增加，管壁中央的值在 0.15 MHz ． mm 以后开始增大，在1.2MHz ． mm附近达到最大值，从图 2b 中看出，当频厚积大约在2 ． OMHz ．以下时，管壁中央处的轴向功率流大于在管内外表面上的值；当频厚积在 2.0MHz ． mm 以上时，管壁中央处的值小于在管两表面上的值，管壁中央处的值随频厚积的增大而增大，在 1.6MHz ．mm 附近达到最大值，而管内外表面上的值随频厚积的增大先减小，在1.4MHz ． mm 附近达到最小值．另一方面，当频厚积在 1.4MHz ． mm以下时，管外表面上的轴向功率流大于它在管内表面上的值；在1.4MHz ． mm以上时，管外表面上的值小于它在管内表面上的值．因此，如果用 L(O ，2) 模式来检测时，在 1.4— 1.8 -MHz ． mm 之间对检测管壁中央的缺陷较灵敏．对于 L(O ， 3)模式的轴向功率流，从图 2c 中看出，当频厚积大约在3.2MHz ． mm 以下时，管壁中央处的值小于在管内外表面上的值；当频厚积在3.2MHz ．mm以上时，管壁中央处的轴向功率流大于在管内外表面上的值．在频厚积较小时，管内外表面上的轴向功率流较大，而管壁中央处的值较小，以上分析结果表明：用 L(O ， 1)模式检测时，在0.15 MHz- mm 以下时较为灵敏，在这一区域，L(O ， 1)模式对管内外表面及管壁中央处的缺陷都较灵敏；用 L(O ，2) 模式时，在 1.4 ～1.8MHz ． mm 之间对检测管壁中央的缺陷较灵敏；用 L(O ，3) 模式时，在2.0MHz ． mm 以下对管内外表面上的缺陷都较灵敏．3 用混合边界元法计算缺陷处的反射系数本节用频域中的边界元法与导波本征模式函数相结合的} 昆合边界元法[10]来计算导波遇到管状结构中缺陷时的反射系数，以此来验证用轴向功率流所得结果的有效性．当以 L(O ，1)，L(O ，2)和 L(O ，3) 模式分别入射到内半径为 15mm 、壁厚为 2mm 的自由铜管中时，各模式在管壁缺陷处的反射系数如卷况功率流密度可写为 P=一{二 8zLr al aur 8t七Urz + azz auz at式中：’表示复共轭，功率流密度信息非常有用，它可以表示出能量在结构中是如何流动的，例如在管壁的哪个厚度内能量传播最快，或能量是以何种方法泄漏出结构的．由式 (6)可得各较低阶模式的轴向功率流分布曲线．图 2 为各较低阶纵向轴对称导波模式在各频厚积下，自由铜管内壁、管壁中央和管外壁上的轴向功率流分布曲线．从图中看出，模式 L(O ，1) ，L(O ，2)和 L(O1)模式2)模式 c，3)模式铜管(内半径 15mm ，壁厚 2mm) 中各轴对称纵向模式在管内外壁和管壁中央的轴向功率流分布Axialpowerflowamplitudedistributions of longitudinalguidedwavesat middleof wall,inner andouterwalls of brass pipe(15 mminnerradiusandwithwallthicknessof 2 mm)从图 2a 中看出，对于模式L(O ，1) ，当频厚积较轴向功率流分布变得复杂．当频厚积增大时，管在0.15 MHz ． mm附近分别达到最大值和最小值，小，在1.4 MHz ． mrn 附近达到最小值，而外表面上的值在 1.6MHz ．mm 附近时开始增加，管壁中央的 MHzmm以后开始增大，在 1.2MHz ．附近达到最大值，从图 2b中看出，当频厚积大约在 2 ． OMHz ．以下时，管壁中央处的轴向功率流大于在管内外表面上的值；当频厚积在 2.0MHz ． mm 以上时，管壁中央处的值小于在管两表面上的值，管壁中央处的值随频厚积的增大而增大，在 1.6MHz ．mm 附近达到最大值，而管内外表面上的值随频厚积的增大先减小，在 1.4MHz ． mm 附近达到最小值．另一方面，当频厚积在1.4MHz ． mm 以下时，管外表面上的轴向功率流大于它在管内表面上的值；在 1.4 -之间对检测管壁中央的缺陷较对于L(O3)模式的轴向功率流，从图 2c 中看出，当频厚积大约在3.2MHz ． mm 以下时，管壁中央处的值小于在管内外表面上的值；当频厚积在3.2管内外表面上的值．在频厚积较小时，管内外表面上的轴向功率流较大，而管壁中央处的值较小，以上分析结果表明：用 L(O ， 1)模式检测时，在 0.15 MHz- mm 以下时较为灵敏，在这一区域，L(O ，模式对管内外表面及管壁中央处的缺陷都较灵敏；用L(O ，2) 模式时，在 1.4 ～ 1.8MHz ． mm 之间对检测管壁中央的缺陷较灵敏；用 L(O ，3) 模式时，2.0以下对管内外表面上的缺陷都较用混合边界元法计算缺陷处的反射本节用频域中的边界元法与导波本征模式函数相结合的}昆合边界元法[10]来计算导波遇到管状结构中缺陷时的反射系数，以此来验证用轴向功率流所得结果的有效性．当以 L(O ，1)，L(O ，2)和 L(O ，3)模式分别入射到内半径为 15mm 、壁厚为 2mm 的自由铜管中时，各模式在管壁缺陷处的反射系数如第 5 期他得安，等：管材超声检测中导波模式及频厚积的选择图 3 ～图 5 所示．其中各图中的 a 图为有表面缺陷的情况，缺陷为一沿周向的刻痕（其宽度和深度分别 a 表面缺陷为 0.5mm 和 0.15mm ）；图 b为内部缺陷的情况，其大小、形状与表面缺陷一样． b 内部缺陷图 31(0 ，1)模式入射时的反射系数 Fig.3 Reflection coefficients of variousmodeswithL(O,l) modeincidence a 表面缺陷频厚积／ (MHz-mm)图 41(0 ，2)模式入射时的反射系数 Fig.4 Reflectioncoefficients of variousmodeswithL(0,2) modeincidence a 表面缺陷频厚积／ (MHz ． mm)图 51(0 ，3)模式入射时的反射系数 Fig.5 Reflectioncoefficients of variousmodeswithL(0,3) modeincidence从图 3 中看出，当以 L(O ，1)模式入射时，对于表面缺陷，随频厚积的增大， L(O ， 1)模式的反射系数减小，而 L(O ，1)模式在刻痕处发生模式转换时产生的 L(O ，2)模式的反射系数慢慢增加，当频厚积在0.15MHz ．mm 以下时，L(O ， 1)模式的反射系数较大；同样，对于内部缺陷，在 0.15MHz ． mm 以下时，L(O ，1)模式的反射系数也较大，因此，在此频厚积以下，用 L(O ，】 )模式进行检测时，反射的波包幅度较强，检测表面缺陷和内部缺陷的灵敏度也就相对较高，这与前一节所得结果是一致的．从图 4 中看出，当用 L(O ，2)模式入射时，对于表面缺陷，L(O ，2)模式的反射系数在 0.8MHz ． mm 以下较小．然而随频厚积的增大，L(O ，2)模式的反射系数增大，大约在 1.4 ～ 2.0MHz ． mm 之间反射系数较大；而模式转换后产生的 L(O ， 1)和 L(O ，3) 模式的反射系数在整个频厚积上都较小；同样，对于内部缺陷，频厚积大约在 1.4 — 2.0MHz ． mm 之间反射系数较大，因此，用 L(O ，2)模式进行检测时，在他得安，等：管材超声检测中导波模式及频厚积的选择图 3 ～图 5 所示．其中各图中的 a 图为有表面缺陷的情况，缺陷为一沿周向的刻痕（其宽度和深度分别表面缺陷为0.5）；图b为内部缺陷的情况，内部缺陷3 1(0 ，1)模式入射时的反射系数 Reflection coefficients of variousmodeswithL(O,l) modeincidence频厚积／ (MHz-mm)4 1(0 ，2)模式入射时的反射系数 Reflectioncoefficients of variousmodeswithL(0,2) modeincidence 1(0 ，3)模式入射时的反射系数Reflectioncoefficients of variousmodeswithL(0,3) modeincidence从图 3 中看出，当以 L(O ，1)模式入射时，对于表面缺陷，随频厚积的增大， L(O ，1)模式的反射系数减小，而 L(O ，1)模式在刻痕处发生模式转换时产生的 L(O ，2)模式的反射系数慢慢增加，当频厚积在 0.15MHz ．mm 以下时，L(O ， 1)模式的反射系数较大；同样，对于内部缺陷，在 0.15MHz ． mm 以下时，L(O ，1)模式的反射系数也较大，因此，在此频厚积以下，用 L(O ，】 )模式进行检测时，反射的波包幅度较强，检测表面缺陷和内部缺陷的灵敏度也就相对较高，这与前一节所得结果是一致的．从图 4 中看出，当用 L(O ，2)模式入射时，对于表面缺陷，L(O ，2)模式的反射系数在 0.8MHz ． mm以下较小．然而随频厚积的增大，L(O ，2)模式的反射系数增大，大约在1.4 ～2.0MHz ． mm 之间反射系数较大；而模式转换后产生的 L(O ， 1)和L(O ，3)模式的反射系数在整个频厚积上都较小；同样，对于内部缺陷，频厚积大约在 1.4 — 2.0MHz ． mm 之间反射系数较大，因此，用 L(O ，2)模式进行检测时，在700同济大学学报 1.4～2.0MHz ． mm 之间对表面缺陷和内部缺陷都较灵敏，这与用轴向功率流分布所得结果是一致的．从图 5 中看出，当以 L(O ，3) 模式入射时，对于表面缺陷，随频厚积的增大，L(O ，3)模式的反射系数慢慢减小，在 2.15MHz ． mm 达到极小值，然后又增加，而其他模式转换后产生的新模式的反射系数虽有变化，但都相对较小．因此，在 2MHz ． mm 附近以下用 L(O ，3)模式来检测时，对表面处的缺陷较灵敏；而对于内部缺陷，只有当频厚积较小时，才对内部缺陷比较灵敏，以上分析结果表明，用频域中的边界元法与导波本征模式函数相结合的混合边界元法可以用来分析导波在管材中的传播及散射情况． 4 结论本文首先对超声导波在管材中的频散方程进行了简要介绍；并对纵向轴对称较低阶模式的轴向功率流分布进行了详细的讨论，最后用混合边界元法对其结果的有效性进行了验证．结果表明：(1) 用 L(O ，1)模式检测时，在 0.15MHz ． mm 以下时较为灵敏，在这一区域， I-(O ， 1)模式对管内外表面及管壁中央处的缺陷都比较灵敏；用 L(O ，2) 模式检测时，在 1.4 ～ 1.8 MHz ． mm 之间对检测管壁中央的缺陷较灵敏；用 L(O ，3)模式检测时，在2 ． O以下对管内外表面上的缺陷都较灵敏．(2) 在较低频厚积下，各纵向轴对称导波模式的轴向功率流分布近似以管壁厚中心面呈现对称分布，但内外表面上还是有差别，这就是导波在管与板中分布的区别． (3) 导波的质点振动存在于整个壁厚范围内．随着频厚积的增加，各模式的质点振动分布变得越第 32 卷来越复杂；随着模式阶次的增加，各模式的质点振动分布也变得越来越复杂．所以在超声无损检测中，一般用较低频厚积下的较低阶模式，特别是 L(O ，2)模式导波在管内外表面的径向位移相对较小，这样导波在传播过程中能量泄漏相对较小，传播距离相对较大，检测相对容易[9]致谢：本文得到复旦大学电子工程系王威琪院士、汪源源教授和余建国教授的指导，在此表示感谢！参考文献：Lil 刘镇清，圆管中的超声导波[J] 无损检测， 1999,21(12):560 -562.[2]AlleyneDN, LoweMJ S,CawleyP.Thereflectionof guided wavcs fromcircumferential notchesin pipes[Jl.TransASMEJ of ApplMech,1998,65:635-641. [3] BaiH, ShahAH, PoppIewellN.Scatteringof guideci wavesbvcircumferential cracks in steeJpipes[J].TransASMEJ of ApplMcch,2001,68(4):619 -631.[4]Al!eyneDN,CawleyP,LankAM,et al.Thelambwaveinspec- tion of chcmical plant pipework[A]Peviewof Progressin Quan-titation NDE[C].NewYork: PlcnumPress, 1997.1269-1276.[5] GaztsD C.Three-dimensionalinvestigation of the propagationofwavesin hollowcircularcylinders.I.Analyticalfoundation[Jl.JAcoustSocAm,1959,31(5):568-573. [6]他得安，刘镇清，田光春，超声导波在管材中的传播特性 [J].声学技术，2001,20(3):131-134. [7]他得安，刘镇清超声导波频散特性与管材内径一壁厚比的关系[J] ．复旦学报，2003,41(1)18 -13. [8]AuldBA.Acousticfieldsandwaves 洒 solids: Volumel[M]. NewYork:WileyInterscience Publication,1973. [9]他得安．超声纵向导波在管状结构中的传播特性研究[D].上海：同济大学声学研究所，2002.[10]YounhoCho,RoseJ LAnelastodynamic hybridboundaryele- ment studvfor elasticguidedwaveinteractionswithasurfacebreaking dpfcct[J].Int J ofs01idsand Stru,2000,37(23):4103- 4124 1.4～2.0MHz ． mm 之间对表面缺陷和内部缺陷都较灵敏，这与用轴向功率流分布所得结果是一致的．从图 5中看出，当以 L(O ，3) 模式入射时，对于表面缺陷，随频厚积的增大，L(O ，3)模式的反射系数慢慢减小，在 2.15MHz ． mm 达到极小值，然后又增加，而其他模式转换后产生的新模式的反射系数虽有变化，但都相对较小．因此，在 2MHz ． mm 附近以下用 L(O ，3)模式来检测时，对表面处的缺陷较灵敏；而对于内部缺陷，只有当频厚积较小时，才对内部缺陷比较灵敏，以上分析结果表明，用频域中的边界元法与导波本征模式函数相结合的混合边界元法可以用来分析导波在管材中的传播及散射情况．结论本文首先对超声导波在管材中的频散方程进行了简要介绍；并对纵向轴对称较低阶模式的轴向功率流分布进行了详细的讨论，最后用混合边界元法对其结果的有效性进行了验证．结果表明： (1) 用 L(O ，1)模式检测时，在 0.15MHz ． mm以下时较为灵敏，在这一区域， I-(O ， 1)模式对管内外表面及管壁中央处的缺陷都比较灵敏；用 L(O ，2)模式检测时，在 1.4 ～ 1.8之间对检测管以下对管内外表面上的缺陷都较灵敏． (2) 在较低频厚积下，各纵向轴对称导波模式的轴向功率流分布近似以管壁厚中心面呈现对称分布，但内外表面上还是有差别，这就是导波在管与板中分布的区别． (3) 导波的质点振动存在于整个壁厚范围内．随着频厚积的增加，各模式的质点振动分布变得越来越复杂；随着模式阶次的增加，各模式的质点振动分布也变得越来越复杂．所以在超声无损检测中，一般用较低频厚积下的较低阶模式，特别是 L(O ，2)模式导波在管内外表面的径向位移相对较小，这样导波在传播过程中能量泄漏相对较小，传播距离相对较大，检测相对容易[9]致谢：本文得到复旦大学电子工程系王威琪院士、汪源源教授和余建国教授的指导，在此表示感谢！参考文献： Lil刘镇清，圆管中的超声导波[J] 无损检测， 1999,21(12):560 562. [2] AlleyneDN, LoweMJ S,CawleyP.Thereflectionof guided fromcircumferential notchesinpipes[Jl.TransASMEJ of ApplMech,1998,65:635-641. BaiH, ShahAH, PoppIewellN.Scatteringof guideci wavesbv circumferential cracks in steeJpipes[J].TransASMEJ of Appl Mcch,2001,68(4):619 -631. [4] Al!eyneD N,Cawley P,LankA M,et al.Thelambwaveinspec- tion of chcmical plant pipework[A]Peviewof Progressin Quan- titation NDE[C].NewYork: PlcnumPress, 1997.1269-1276. [5] C.Three-dimensionalinvestigation of the propagationof wavesin hollow circularcylinders.I.Analyticalfoundation[Jl.J AcoustSocAm,1959,31(5):568-573.系[J] ．复旦学报，2003,41(1)18 -13. AuldBA.Acousticfieldsandwaves 洒 solids: Volumel[M].York:WileyInterscience Publication,1973. [10] Younho Cho,Rose J LAnelastodynamic hybridboundaryele- studvfor elasticguidedwaveinteractionswithasurface breaking dpfcct[J].Int Jofs01idsand Stru,2000,37(23):4103【文献来源】https:///academic-journal-cn_journal-tongji-university-natural-science_thesis/0201250772947.html【相关文献】1.充粘液管材超声导波检测模式及频厚积的选择 [J], 项延训，他得安。

超声无损检测中的导波技术摘要：近年来超声导波检测研究有了新进展，超声导波技术作为一种新式检测手段被运用于各行各业。

本文主要介绍超声导波技术的基本原理及运用，以供参考和分析。

关键词：无损检测；超声；导波技术引言相对于传统的超声波检测技术，超声导波具有传播距离远、速度快的特点，因此，在大型构件和复合材料板壳的无损检测中具有良好的应用前景。

由于导波的一些机理和特性仍然有的地方不是很清楚，导波的理论研究也成为了近年来无损检测界的焦点研究之一。

随着理论研究的深入，产生了很多有关导波的新技术。

1、超声导波检测技术概念超声导波检测技术即长距离超声遥探法，主要用于在线管道检测，包括低碳钢、奥氏体不锈钢、二重不锈钢等材料的无缝管、纵焊管、螺旋焊管。

可应用于油气管网（如天燃气管道、炼油厂火焰加热器中的垂直管路、带岩棉保温介质和漆层的架空液化气管道）及石油化工厂中的管网（如无保温层的输送CO与H合成类的淤浆管道、石油化工厂的交叉管路），码头管线、管区的连接管网，海上石油管网/导管，水下管道、电厂管网，结构管系，穿路/过堤管道、复杂或抬高管网，保温层下管道（例如带有保温层的氨水管道）、带有套管的管道，以及带有保护层的管道。

超声导波检测技术能检出管道内外部腐蚀或冲蚀、环向裂纹、焊缝错边、焊接缺陷、疲劳裂纹等缺陷。

最新的利用磁致伸缩换能器的超声导波检测已能应用于非铁磁性材料和非金属材料，除了管道检测还能用于棒材、钢索、电缆以及板盘件的检测。

2、超声导波无损检测技术的应用-以管道检测为例对于导波在结构中传播的研究可以追溯到20世纪20年（1920s）；主要启蒙于地震学领域。

从那以后，开始致力于导波在圆柱状结构的传播方面的分析研究；在20世纪90年代（1990s）早期，导波检测被认为仅仅是应用于工程结构的无损检测方法。

如今，导波检测作为完整健康监测计划应用于石油产业领域。

与传统的超声波不同；有多种导波模式用于管道几何学，通常归类为三组，分别是扭转模式、纵向模式和弯曲模式。

MsS导波技术在换热器管束快速检测中的应用一、背景换热器被广泛应用于化学工业、石油工业、石油化工、电力工业、冶金工业、造纸工业、食品工业等领域，由于换热器管泄露造成的非计划停运对企业将造成巨大的损失，因此换热器管束的在役快速检测的意义十分重大。

目前主要用于的换热器管束“推拔”式检测技术有：涡流检测技术（ECT，主要用于非铁磁性换热器）、远场涡流检测技术（RFEC，主要用于铁磁性换热器）和内置式旋转超声波检测技术（IRIS，主要用于铁磁性和非铁磁性换热器）等。

针对铁磁性换热器管束的快速检测，在“推拔”式系列检测技术中，远场涡流检测技术的检测速度是最块的，每根管的检测时间大约需要1-2分钟。

尽管目前远场涡流检测技术被普遍应用于换热器管束的在役检测，并且形成相应的检测验收标准，但在实际使用中也存在一些诸如不能100%覆盖整个换热器管束（U-型弯头区域及胀接区）及灵敏度相对低等缺点和局限性。

对于铁磁性换热器管束来说，无损检测评估技术目前最大的挑战在于：是否能有效探测换热器管束轴向及环向缺陷、识别折流挡板处的腐蚀情况、评估胀接区的完整性。

基于超声导波能够沿着结构件快速长距离传播且衰减小的特性，超声导波被应用于换热器管束快速筛查。

MsS换热器探头被置于换热器一端30cm至60cm的位置，并在此位置激励产生MsS超声导波初始脉冲。

MsS探头激励的超声导波产生的机械振动可以通过MsS探头与换热器管内壁的紧密机械贴合而耦合到管壁中并沿着整个管道横截面快速传播。

作为一种高效筛查换热器管束异常现象的新型无损检测技术，它有效地解决了常规无损检测技术在换热器管束检测方面的局限性，MsS超声导波换热器管束快速筛查技术在近十几年来得到了迅速发展，其优势如下：▲无盲区、可100%覆盖检测换热器管束整个区域，包含U型弯头、管板区及折流挡板区域；▲检测速度块：检测一根热交换器管仅需要10-20秒钟；▲仅需清洗探头接触部位，无需清洗整个换热器管；▲探头无需移动，劳动强度小，成本较低；▲检测距离长：最长可以单次检测长度达30m的换热器管；▲可识别轴向、环向缺陷及识别折流挡板处和U-型弯头区域的腐蚀缺陷；▲具有较高的检测灵敏度，可以完全满足并部分高于现有的涡流检测标准。

基于超声导波技术的长输管道无损检测超声导波技术已被证实可用于管道、锅炉、石化设备、桥梁缆索、海洋平台、铁轨、飞机机翼、高速公路护桩等各种场合的无损检测。

超声导波只需单点激励就可以实现长距离、大范围的检测，检测效率高，并且是对管壁截面100%检测。

超声导波无损检测技术在国外已经得到了大量的应用，在国内的应用还处于推广阶段。

长输管道是石油石化业进行油气输送的主要载体，对长输管道进行定期检测是保证管线正常稳定运行的一项重要工作。

本文针对长输管线中的直焊缝、螺旋焊缝管材，进行导波传输特性的模拟与仿真，根据仿真的导波传输特性，制定相应的试验方案，利用磁致伸缩超声导波检测仪，进行检测试验以及现场的管线检测应用，证明了磁致伸缩超声导波无损检测技术在长输管道检测应用中的可行性。

标签：长输管道；磁致伸缩；超声导波；无损检测引言：磁致伸缩超声导波无损检测技术可以单点激励，实现长距离检测。

利用磁致伸缩超声导波检测仪，针对试验室样管与现场管道进行了导波数据实测，可以达到截面变化量1%以上的检测灵敏度，为长输管道的长期稳定运行提供了较有力的技术保障，提高长输管道的定期检测效率。

一、超声导波检测原理20世纪六七十年代，基于成熟而深入的理论研究，超声导波从理论逐渐走向应用。

相关学者首先实现了用压电探头从管道内壁激励，在蒸汽管道中激励L （0，1）模态超声导波，并用于管道裂纹检测。

学者在管道一端截面处激励L（0，2）模式导波，对管道进行检测.二者证实了超声导波技术对管道无损检测的有效性和可行性.此后，有些学者证明了L（0，2）模式在管道中频散现象弱、传播速度快，适用于干、湿隔离条件下的管道无损检测。

超声导波具有沿传播路径衰减小的优点，适用于进行长距离、大范围的缺陷检测。

相较传统超声检测需要逐点扫描的方法，大大节省了成本和人力。

以管道检测为例，超声导波与传统超声波技术相比，有两大明显的优势：第一，传播距离远。

第二，覆盖范围广。

基于这两个优点，当从管道一端激励一个特定的导波信号时，从几十米外的另一端就可以接收到该信号，而该信号携带了传播路程中所有介质的信息。

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。

对超声无损检测中的导波技术相关思考摘要：与常规超声检测相比，超声导波技术具有优点，如检测效率高、光谱宽、传播路径长等等。

现阶段，超声导波技术在无损检测中得到了广泛应用，并且技术逐渐成熟，一些科学家已经开始在其他领域开展相关的探索工作。

开始。

本文将对超声波在无损检测中的应用与常规超声进行比较，并对该技术的应用前景进行了展望。

关键词：超声导波；无损检测；管道；在线测量近二十年来，人们对管道、实心圆柱体和复合材料板中的超声波进行了研究。

其中最成熟的研究是在管道中传播的超声波。

国外对超声导波的研究和应用较早，有较为完整的理论指导。

本文直观地介绍了超声导波的色散现象和数学模型科研成果可供对超声波感兴趣的研究人员参考。

1 超声导波的色散和多模特性纵波和推力波等于群速度，即频率相关的波速特性被描述为色散特性。

多模性是指在同一频率下，某一特定波导中可能产生不同的波导模式，并且随着时间的推移，波导中的模式数会增加。

增加频率。

色散曲线描述了电介质的倍频特性，以及各种工作条件下控制的波的速度和阻尼。

根据频率散射曲线的信息，可以选择介质中的通道传导模式，进而找到具体的导波检测模式。

最常用的方法是有限元法和半有限元分析法。

最后在频率范围内进行单元分析。

半解析有限元法是以有限元分析为基础的。

本文采用解析解进行波扫描，有限元法用于波导方向的扫描，在分析极限元和极限元的基础上，发展了比例极限元法，并将其应用于轴的离散分析。

利用ANSYS、COMSOL和ABAQUS等不规则截面结构仿真软件可以对单波导结构进行分析。

该程序还可以直接绘制色散曲线。

2 超声导波与无损探伤2.1 超声导波检测原理超声波控制波具有减少倍增的优点，可用于远程和大规模的故障检测。

与传统的超声波检测方法相比，超声波检测方法更为准确，超声波传播有两个明显的优势：管端的传导范围广、特异性强，能够通过波分量10m左右。

第二，范围很广。

导电波的传播是所有粒子在声场可以覆盖整个星期三的环境中振动的结果。

超声导波检测技术的研究进展综述 ND T⽆损检测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。

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 G115.28 ⽂献标识码:A ⽂章编号:100026656(2006)022*******Progress in R esearch of U ltrasonic G uided W ave T esting T echniqueZH OU Zheng2gan,FENG H ai2w ei(School of Mechanical Engineering and Automation,Beijing University of Aeronautics andAstronautics,Beijing100083,China) Abstract:The recent advances in ultrasonic guided wave testing technique are summarized.Firstly,the disperse characteristics and the related theoretical results of the guided waves in different materials and distinct structures are introduced.Then,based on the structure of the guided waves,the distribution of the energy and displacement of guided waves is /doc/576c381810a6f524ccbf8583.htmlstly,some new techniques of numerical analysis and signal processing for guided wave nondestructive testing are described.K eyw ords:Ultrasonic testing;Guided wave;Disperse characteristic;Finite element;Boundary element;Signal processing相对于传统的超声波检测技术,超声导波具有传播距离远、速度快的特点,因此,在⼤型构件(如在役管道)和复合材料板壳的⽆损检测中有良好的应⽤前景。

收稿日期：２０２２－０８－２６基金项目：国家自然科学基金（１２１７２０１５）引用格式：刘增华，洪泽汇，吴斌，等．电磁超声水平剪切导波的缺陷检测研究进展［Ｊ］．测控技术，２０２３，４２（５）：２８－３６．ＬＩＵＺＨ，ＨＯＮＧＺＨ，ＷＵＢ，ｅｔａｌ．ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｎＤｅｆｅｃｔＤｅｔｅｃｔｉｏｎＢａｓｅｄｏｎＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＳｈｅａｒＨｏｒｉｚｏｎｔａｌＧｕｉｄｅｄＷａｖｅｓ［Ｊ］．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆ＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２３，４２（５）：２８－３６．电磁超声水平剪切导波的缺陷检测研究进展刘增华，洪泽汇，吴　斌，何存富（北京工业大学材料与制造学部，北京　１００１２４）摘要：超声导波检测技术是新型的无损检测方法之一。

水平剪切（ＳＨ）导波是超声导波的一种。

在板和管结构的检测中，ＳＨ导波检测技术占据着越来越重要的位置。

电磁声传感器（ＥＭＡＴ）常被用于ＳＨ导波的激励或接收。

ＳＨ ＥＭＡＴ具有适应性强、效率高的特点，基于ＳＨ ＥＭＡＴ检测技术的应用场景越来越多。

以近十几年的相关文献为基础，介绍了ＳＨ ＥＭＡＴ设计以及ＳＨ导波缺陷检测技术的研究现状和进展，提供了ＳＨ导波检测在不同应用背景下的传感器选择，总结了不同频率ＳＨ导波的检测能力，分析了不同ＳＨ导波检测技术的优缺点。

同时还对电磁超声水平剪切导波检测的未来研究趋势进行了展望，为相关研究人员提供了研究方向和思路。

关键词：ＥＭＡＴ；水平剪切导波；缺陷检测；信号处理；阵列技术中图分类号：ＴＢ５５２；ＴＰ２０６．１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００－８８２９（２０２３）０５－００２８－０９ｄｏｉ：１０．１９７０８／ｊ．ｃｋｊｓ．２０２３．０５．００３ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｎＤｅｆｅｃｔＤｅｔｅｃｔｉｏｎＢａｓｅｄｏｎＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＳｈｅａｒＨｏｒｉｚｏｎｔａｌＧｕｉｄｅｄＷａｖｅｓＬＩＵＺｅｎｇｈｕａ牞ＨＯＮＧＺｅｈｕｉ牞ＷＵＢｉｎ牞ＨＥＣｕｎｆｕ牗ＦａｃｕｌｔｙｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ牞ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ牞Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１２４牞Ｃｈｉｎａ牘Ａｂｓｔｒａｃｔ牶Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｓｏｎｅｏｆｎｏｖｅｌｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ．Ｓｈｅａｒｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ牗ＳＨ牘ｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｓｉｓａｔｙｐｅｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｓ．ＳＨｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｐｌａｙｓａｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｐｌａｔｅａｎｄｐｉｐｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃａｃｏｕｓｔｉｃｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ牗ＥＭＡＴ牘ｉｓｏｆｔｅｎｕｓｅｄｔｏｅｘｃｉｔｅｏｒｒｅｃｅｉｖｅＳＨｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｓ．ＳＨ ＥＭＡＴｈａｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｔｒｏｎｇａｄａｐｔａ ｂｉｌｉｔｙａｎｄｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｔｈｅｒｅａｒｅｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｂａｓｅｄｏｎＳＨ ＥＭＡＴｄｅｔｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｌａｔｅｄｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｓｉｎｔｈｅｐａｓｔｄｅｃａｄｅ牞ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓａｎｄｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｔｈｅＳＨ－ＥＭＡＴｄｅｓｉｇｎａｎｄＳＨｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｓｄｅｆｅｃｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ牞ｇｕｉｄａｎｃｅｏｎｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓｅｌｅｃｔｉｏｎｆｏｒＳＨｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｒｅａｓｉｓｐｒｏｖｉｄｅｄ牞ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓｏｆＳＨｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ牞ａｎｄｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔＳＨｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｓｄｅ ｔｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ牞ｔｈｅｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｔｒｅｎｄｓｉｎｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｕｌｔｒａｓｏｎｉｃＳＨｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｒｅｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ牞ｐｒｏｖｉｄｉｎｇｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓａｎｄｉｄｅａｓｆｏｒｒｅｌｅｖａｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ牶ＥＭＡＴ牷ｓｈｅａｒｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｓ牷ｄｅｆｅｃｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎ牷ｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ牷ａｒｒａｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅ超声导波是依靠介质边界进行传播的超声波。

材料损伤的超声导波无损检测徐　鸿,王　冰,姜秀娟(华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,北京102206)摘要:超声导波检测技术在许多制造和运行监测领域得到了迅速地发展。

将探讨超声导波应用于电厂高温部件状态监测的可能。

进一步了解超声导波检测的物理原理和波动力学可以有助于无损检测和评估的实际应用。

与此同时,目前已经在工程中得到应用并可能很容易推广到电厂部件无损探伤的一些超声导波检测相关的传感器和软件技术在文中进行了简单地介绍。

关键词:超声导波;无损检测;电厂中图分类号:TH873 文献标识码:A 文章编号:1007-2691(2008)06-0077-06Nondestructive test of ultrasonic guided wavesfor material damageXU Hong,WAN G Bing,J IAN G Xiu2juan(K ey Laboratory of Condition Monitoring and Control for Power Plant Equimant of Ministry ofEducation,Norty China Electric Power University,Beijing102006,China)Abstract:Ultrasonic guided wave inspection is expanding rapidly to many different areas of manufacturing and in-service inspection.The purpose of this paper is to study ultrasonic guided wave nondestructive ins pection potential as a technique applying in high temperature components of power plants.An increased understanding of the basic physics and wave mechanics associated with guided wave inspection has led to an increase in practical nondestructive evaluation and inspection problems.Meanwhile,some fundamental concepts and a number of different applications in engineering that are currently being considered will be presented in the paper along with a brief description of the sensor and soft2 ware technology that will make ultrasonic guided wave inspection commonplace in power plants.K ey w ords:ultrasonic guided waves;nondestructive test;power plant0　引　言材料的损伤总是伴随某种结构上的不连续,从而引起超声波的反射、散射现象。