管道在超声内检测声场作用下的PZT电信号模拟

作     者：徐广丽 占霖勇 汪冉 蔡亮学 XU Guangli;ZHAN Linyong;WANG Ran;CAI Liangxue

作者机构：西南石油大学石油与天然气工程学院 油气消防四川省重点实验室 

出 版 物：《油气储运》 (Oil & Gas Storage and Transportation)

年 卷 期：2021年第40卷第12期

页      面：1370-1377页

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082003[工学-油气储运工程] 

基　　金：山东省油气储运安全重点实验室开放基金资助项目“原油集输非金属管道老化特性研究” 19CX05007A 

主　　题：管道 缺陷 压电超声 内检测 正压电效应 PZT 有限元模型 

摘      要：管道缺陷与检测信号之间的精确关联是超声内检测回波信号分析的关键,而检测时声电信号在发射、传播、接收过程中的敏感性为关联的精确度带来极大挑战,通过数值模拟分析PZT(Lead Zirconate Titanate)正压电效应是研究检测信号特征的有效途径。采用COMSOL软件建立探头的有限元分析模型,从探头阵列声场模拟结果中提取回波数据作为模型的初始激励载荷进行模拟,并利用超声内检测实验结果对比验证了有限元模型的准确性。结果表明:表面回波与一次底面回波最大峰值之比的模拟结果与实测数据误差为1.36%,可见新建模型精度较高;内壁面缺陷深度对PZT电信号频谱图中二峰幅值有显著影响,二者之间可建立有效关联;基于电信号模拟结果,在回波时域图中提取表面回波最大波谷点、一次底面回波的最大波峰点为特征点,则管道壁厚检测结果的最大误差仅为3.95%。研究结果可为超声内检测器国产化提供参考。