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基于Terfenol-D的管道超声导波激励换能器的研制
| 论文题名： | 基于Terfenol-D的管道超声导波激励换能器的研制 |
| 关键词： | 管道运输;无损检测;超声导波;激励换能器 |
| 摘要： | 随着经济社会的发展，管道运输正起到越来越重要的作用。然而由于现役管道往往服役了较长时间且处于野外，这导致腐蚀严重且难以监管，管道缺陷逐渐成为一个需要重视的问题。传统的无损检测技术大多是采用单点检测，其过程费时费力，效率很低。而超声导波检测是通过在管道中激励出导波来进行检测的，当传播的导波遇到缺陷时会产生波包，通过对回波信号进行检测，可以获得数十米的管道上的缺陷信息。在超声导波检测中，激励换能器的性能限制了检测的距离。目前，常用于管道超声导波检测的激励换能器是以PZT材料为敏感元件，但由于该材料的机电耦合系数较低，能量转换效率较差，这限制了对管道一次检测的距离。而与PZT相比，超磁致伸缩材料Terfenol-D具有较高的磁致伸缩系数和能量转化效率，且由于是通过线圈激励，所需的负载电压较小。目前，较少有关于将超磁致伸缩材料用于管道导波换能器开发的报道。因此，本文将致力于研究高性能的基于Terfenol-D材料的管道超声导波激励换能器。 （1）对超声导波的理论和超磁致伸缩材料的振动机理进行研究，为换能器的设计打下理论基础。 （2）对基于超磁致伸缩材料Terfenol-D的管道超声导波激励换能器进行设计，通过对Terfenol-D的尺寸、偏置磁场、线圈几何参数和夹具等参数进行优化，从而设计出性能优异的激励换能器。 （3）建立包含了软、硬件的检测系统，通过系统来激励、放大、接收超声导波并对接收信号进行后期处理。通过对管道回波特性的提取来定位缺陷。 目前所研制的超声导波激励换能器采用上表面部分耦合的激励方式，以三片8mm×1mm钕铁硼永磁铁提供偏置磁场，以0.2mm漆包线绕制长度为13mm，匝数为150匝的线圈提供交变磁场。实验结果显示，新型的超声导波换能器对各焊缝和端面回波的幅值是PZT材料的2.8倍以上，其能量较高可检测更远的距离；对缺陷位置的检测误差小于0.04mm，基本满足缺陷定位的精度要求。 |
| 作者： | 曹健 |
| 专业： | 仪器仪表工程 |
| 导师： | 鲍丙豪 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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