[發明專利]一種管道內垢層厚度的超聲波檢測方法

有效

• 申請號: 201110045799.2
• 申請日: 2011-02-25
• 公開（公告）號: CN102183229A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 朱援祥;陳蕓;王偉國
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01B17/02
• 分類號: G01B17/02
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

1.一種管道內垢層厚度的超聲波檢測方法，其特征在于：利用兩次不同角度的超聲波分別入射，通過測量出兩次入射時超聲波在充滿液體的管道內的穿透時間，在已知超聲波在管壁和填充液體中的傳播速度、超聲波入射角和折射角關系的基礎上聯立方程組，進而計算出管道內垢層的速度和厚度。

2.如權利要求1所述的超聲波檢測方法，其特征在于依次包括如下步驟：

(1)考慮超聲波在探頭中的傳播時間，采用標準試塊進行儀器零點校核；

(2)在被測管道上選擇表面光潔且軸向平直的一段安裝探測夾具，對被測管道進行打磨預處理；

(3)測量相近4點管道外徑值和管道壁厚，通過離散系數小于0.8％的條件，初步選擇探測點；

(4)在初步選擇探測點附近取4點，測量垂直穿透時間，通過離散系數小于0.1％的條件，最終定位探測點；

(5)探測點處管道壁厚以及聲波穿透路徑的測量

用超聲測厚儀分別測出探測點兩端的管道壁厚δ₁₁、δ₁₂，兩者的和即為探測點處管道壁厚和δ₁；從管道打磨處的兩端測出垂直穿透檢測時管道的聲波傳播路徑D；

(6)垢層超聲波傳播速度值的假設及垢層厚度值的預估

根據管道的使用環境和經驗數據假設出垢層的超聲波傳播速度v₂，根據直穿透的傳播規律預估出垢層厚度：

δ=v2v32(v3-v2)(T1-δ1v1-D-δ1v3)······(a)]]>

式中：T₁：垂直入射時超聲波在管道內的傳播時間，單位：秒；

D：超聲傳播路徑，單位：米；

δ₁：管壁的厚度和，單位：米；

δ：垢的厚度，單位：米；

v₁：超聲波在管壁中傳播的速度，單位：米/秒；

v₂：超聲波在垢中傳播的速度，單位：米/秒；

v₃：超聲波在液體中傳播的速度，單位：米/秒；

然后，根據式(a)可對垢厚度值作出預先估算；

(7)根據上一步垢層厚度的預估值，預判斷出斜探頭入射方向的偏移值；采用直入射和斜入射方式分別測量超聲波穿透管道的時間T1和T2；

(8)探測點處垢層速度值及厚度值的初步確定

根據直透射傳播規律可以得到公式(b)：

T1=δ1v1+2δv2+D-δ1-2δv3······(b)]]>

根據斜透射傳播規律可以得到公式(c)：

T2=δ1v1COSθ1+2δv2COSθ2+D-δ1-2δv3COSθ3······(c)]]>

根據超聲波在不同界面傳播規律，可以得到折射角和入射角的關系式(d)：

Sinθ₁/v₁＝Sinθ₂/v₂＝Sinθ₃/v₃??……(d)

式中T₂：斜穿透檢測時超聲波在管道內的傳播時間，單位：秒；

θ₁：斜入射超聲波在在鋼/垢界面的入射角；

θ₂：斜入射超聲波在在鋼/垢界面的折射角，和斜入射超聲波在垢/液體界面的入射角；

θ₃：斜入射超聲波在在垢/液體界面的折射角；

根據K＝tanθ₁，得出θ₁的值，然后聯立(b)、(c)、(d)三式，采用迭代法計算得出超聲波在垢層中的傳播角度θ₂、速度v₂以及垢層厚度δ₂；

(9)探測點處垢層速度值及厚度值的最終確定

根據算出的速度和厚度值，重新判斷接收探頭的安置位置，然后再次進行直、斜透射，測量穿透時間，根據公式(a)、(b)和(c)重新計算出垢層速度值和厚度值；

若兩次計算的速度值之差小于平均值的0.1％，則該值就是超聲波在垢層中傳播的速度值；否則再次重新定位、測量，直至兩次測量所計算出的速度值之差小于平均值的0.1％，此時所得到的速度值就是超聲波在垢層中傳播的速度值；

根據所確定的垢的速度值，采用直入射法于探測點處對待測管道進行垂直穿透檢測，根據式(a)可計算出垢的厚度值。

3.如權利要求2所述的超聲波檢測方法，其特征在于，在用(a)式計算垢層厚度時，對超聲波在液體中的傳播速度進行溫度補償。