[發明專利]基于反射縱波的壓力容器壓力檢測方法和測量系統

有效

• 申請號: 201410318440.1
• 申請日: 2014-07-04
• 公開（公告）號: CN104062062A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 周洪亮;周漢華;畢瑤;趙延杰
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01L11/06
• 分類號: G01L11/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

1.一種基于反射縱波的壓力檢測方法，其特征在于它的步驟如下：

1)入射縱波在界面發生波型轉換，選擇第四反射縱波作為壓力檢測的波形

當入射縱波以第一臨界角入射時，在超聲波探頭和壓力容器管壁界面處發生波型轉換，并在外管壁處產生臨界折射縱波和折射橫波，臨界折射縱波沿外管壁傳播至接收探頭處被接收；折射橫波在壓力容器管壁中傳播，并在內管壁處發生反射，產生反射縱波-I和反射橫波-I；根據Snell定律，反射縱波-I的反射角為90°，沿內管壁傳播；反射橫波-I繼續在壓力容器管壁中傳播，并在外管壁處再次發生反射，產生第一反射縱波和反射橫波-II，第一反射縱波沿外管壁傳播至接收探頭，反射橫波-II繼續在壓力容器管壁中傳播，并在內管壁處再次發生反射，產生反射縱波-II和反射橫波-III，反射縱波-II沿著內管壁傳播，而反射橫波-III繼續在壓力容器管壁中傳播，按照這種傳播方式，在壓力容器管壁中傳播的橫波會在外管壁以及內管壁發生多次反射，產生多個沿著內管壁傳播的反射縱波以及多個沿著外管壁傳播的反射縱波，因此，固定在外管壁的接收探頭會接收到臨界折射縱波、第一反射縱波、第二反射縱波、第三反射縱波、第四反射縱波等超聲波信號；

由于入射縱波產生的折射橫波能量要明顯強于臨界折射縱波，故接收探頭接收到的信號中，由折射橫波所產生的一系列反射縱波能量普遍大于臨界折射縱波，且隨著傳播距離的增加，臨界折射縱波的衰減程度相比于反射縱波更為明顯。因此反射縱波可以作為感受應力、壓力變化的理想檢測波形，按照高信噪比和易于識別的原則，選擇第四反射縱波作為檢測波形；

2)建立基于反射縱波的壓力測量模型，獲得壓力容器內壓與超聲波傳播時延之間的關系；

3)基于FIR數字濾波器與互相關算法獲取精確的傳播時延；

4)對壓力測量模型進行溫度補償，完成基于反射縱波的壓力檢測。

2.根據權利要求1所述的一種基于反射縱波的壓力檢測方法，其特征在于所述的步驟2)具體為：

根據超聲波聲彈性原理和板殼理論，得到壓力測量模型為：

p=-E(L1tL0+L2tS0)dRΔt---(1)]]>

其中，p為壓力容器內壓；L₁、L₂分別為管壁中傳播的縱波和橫波的聲彈性常數，由材料的二、三階彈性常數以及泊松比確定；E為壓力容器材料的彈性模量；d為壓力容器壁厚；R為壓力容器平均半徑；分別為縱波和橫波的參考傳播時間，即在零壓力狀態下的傳播時間；Δt為反射縱波的傳播時延，即在承壓狀態下，測量的傳播時間與參考時間的差值。