基于压电陶瓷传感器的管道裂纹敲击定位法

发布时间：2025-07-18 23:57

　　 如何科学确定裂纹所在位置和裂纹大小一直是油气管道检测面临的难题。为便于检测管道上的裂纹位置,提出了一种基于压电陶瓷传感器(PZT)信号识别的裂纹检测新方法——敲击定位法。该方法简单易行,通过获取管道上4个不同位置的信号值,可以方便地确定裂纹位置和周向裂纹长度范围。为验证该方法的可行性,在理论分析的基础上,选取1根长2. 1 m的钢制管道进行试验,通过粘贴在管道上的压电陶瓷传感器拾取敲击信号,获得应力波的传播特征。应力波在健康管道上传播时会不断衰减,但经过管道上的裂缝时衰减程度显著增大,因而可藉此识别裂纹所在位置。研究结果表明,管道上裂纹周向位置已知和周向位置未知两种情况下,裂纹与PZT传感器之间的计算距离与实测距离误差较小,因此该方法能有效识别裂纹位置。研究结果为油气管道裂纹的无损检测提供了新方法。

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【部分图文】：

图1 PZT传感器和敲击点位置示意图

在已知裂纹周向位置的情况下，可将PZT传感器与裂纹及敲击点大致沿管道轴向线性布置。PZT传感器和敲击点位置示意图如图1所示。将PZT传感器粘贴至管道的左端靠近S1点，在管道右端敲击S4，敲击点基本与PZT传感器沿管道轴向在同一直线上，S4表示管道最右端的敲击点，此时PZT传感器可....

图2 不同裂纹位置的敲击点示意图

(3)如果S3和S4之间的信号相差很大，则表明裂纹位于S3和S4之间。然后，根据S3和S4之间的长度定义两个新的三等分点，并再次敲击新的三等分点以获得新的信号值S31和S41。以上3种情况PZT传感器和敲击点位置示意图如图2所示。这样通过不断确立新的三等分点，不断缩短裂纹相邻两个....

图3 带斜率k的信号衰减图

公式(1)的推导过程为:对于不太长的管道，假设信号在健康管道传播的衰减率线性降低，且管道材料均匀，用斜率k表示信号的衰减率，如图3所示。对于S1-S2n区间段和S3n-S4区间段的斜率k可表示为:1.2未知周向位置裂纹

图4 管道展开平面图

此外，在敲击点6和点8时，PZT传感器接收的信号衰减程度小于点7，却大于点1～点5，其原因是裂纹边缘的深度小于中间，因此还可以根据三角形相似原理确定裂纹周向长度的范围。T4处布置的点间距越小，估算裂纹的周向长度越准确。根据相似三角形原理，裂纹的最小长度Lmin和最大长度Lmax计....

本文编号：4057640