基于纵向导波的热载体炉管道积碳量检测仪及检测方法

摘要

基于纵向导波的热载体炉管道积碳量检测仪及检测方法，包括任意函数信号发生器、功率放大器、斜入射式压电超声发射传感器、斜入射式压电超声接收传感器、示波器和计算机。首先建立管道—积碳层双层结构波动模型，绘制不同厚度积碳层下管道中纵向导波的群速度曲线系列图；然后提取出相同模态L的群速度曲线，得到不同积碳层厚度情况下的模态L的群速度曲线图A，从图A中选取高检测频率f_h和低检测频率f_l；接下来确定积碳层厚度检测临界值d；检测时发射传感器先发射高检测频率f_h的模态L的纵向导波，波速v_g对应的积碳层厚度D小于积碳层厚度检测临界值d，则D为积碳层厚度；否则换为低检测频率f_l重复本步骤进行检测，得到积碳层厚度。

主权项

应用基于纵向导波的热载体炉管道积碳量检测仪的方法，其特征在于：该检测仪包括任意函数信号发生器(1)、功率放大器(2)、斜入射式压电超声发射传感器(3)、斜入射式压电超声接收传感器(4)、示波器(5)和计算机(6)，其特征在于：任意函数信号发生器(1)的输出端分别和功率放大器(2)以及示波器(5)的输入端连接，斜入射式压电超声发射传感器(3)安装于热载体炉管道的外壁，与功率放大器(2)的输出端连接，斜入射式压电超声接收传感器(4)安装在热载体炉管道的外壁，与示波器(5)的输入端连接，计算机(6)和示波器(5)连接；包括以下步骤：1)运用数值计算软件分别以密度ρ、纵波速度c_L和横波速度c_S为管道和积碳层的物理参数，以积碳层内径r₁、积碳层外径r₂和管道外径r₃为尺寸参数建立管道—积碳层双层结构波动模型，根据管道—积碳层双层结构波动模型建立管道—积碳层双层结构中纵向导波的频散方程，然后对建立的频散方程数值求解，绘制不同厚度积碳层下管道中纵向导波的群速度曲线系列图；2)从步骤1)中得到的不同厚度积碳层下管道中纵向导波的群速度曲线系列图中提取出相同模态L的群速度曲线，绘制于同一幅图中,得到不同积碳层厚度情况下的模态L的群速度曲线图A，从图A中选取群速度随积碳层厚度单调变化的区间B和C，B和C对应的频率范围不重叠，且B对应的频率大于C对应的频率，区间B和C对应的积碳层厚度不重叠，从B中选取一个频率作为高检测频率f_h，从C中选取一个频率作为低检测频率f_l；3)确定积碳层厚度检测临界值d，具体为，根据2)中得到的不同积碳层厚度情况下的相同模态L的群速度曲线图A，分别绘制在f_h、f_l两个检测频率时，对应的相同模态L群速度随积碳层厚度变化的曲线图l_h和l_l，所述的积碳层厚度检测临界值d是在曲线图l_h中，积碳层厚度小于检测临界值d时，群速度随积碳层厚度单调变化，同时在曲线图l_l中，积碳层厚度大于检测临界值d时，群速度随积碳层厚度单调变化；高检测频率f_h用于检测厚度小于d的薄积碳层，低检测频率f_l用于检测厚度大于d的厚积碳层；4)由任意函数信号发生器产生汉宁窗调制的特定周期的正弦激励信号，分别输入示波器和功率放大器，经过功率放大器放大的信号施加于斜入射式压电超声发射传感器(3)上，激励产生频率为高检测频率f_h的模态L的纵向导波，斜入射式压电超声接收传感器(4)接收频率为高检测频率f_h的模态L的纵向导波信号，经过示波器接入计算机；根据斜入射式压电超声发射传感器(3)和斜入射式压电超声接收传感器(4)发射和接收的信号的时间差Δt，以及纵向导波的传播距离s，求得波速对照步骤3)中绘制的曲线图l_h，若v_g在曲线图lh中对应的积碳层厚度D小于积碳层厚度检测临界值d，则D为积碳层厚度；若v_g在曲线图l_h中对应的积碳层厚度D大于积碳层厚度检测临界值d，则将高检测频率f_h换为低检测频率f_l，重复本步骤进行检测，得到积碳层厚度。