CN107957449A - 一种充液管道中泥沙含量检测的方法 - Google Patents
一种充液管道中泥沙含量检测的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107957449A CN107957449A CN201711351758.XA CN201711351758A CN107957449A CN 107957449 A CN107957449 A CN 107957449A CN 201711351758 A CN201711351758 A CN 201711351758A CN 107957449 A CN107957449 A CN 107957449A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mrow
- msub
- msubsup
- mtr
- mtd
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 239000013049 sediment Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 47
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 42
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 5
- 238000009795 derivation Methods 0.000 claims description 4
- 230000005483 Hooke's law Effects 0.000 claims description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 abstract 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 abstract 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/07—Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/12—Analysing solids by measuring frequency or resonance of acoustic waves
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本发明公开了一种充液管道中泥沙含量检测的方法，包括以下步骤：1）建立含泥沙的充液管道模型，根据模型的位移与势函数的关系、应力与势函数的关系以及充液管道界面的边界条件，推导出该模型中导波的频散方程；2）对导波的频散方程进行分析，得出模型下的声速表达式；3）通过有限元仿真软件仿真得出理论上不同泥沙含量对应的理论频散曲线，理论频散曲线表示了理论上不同泥沙含量与不同声速的对应关系；4）通过仪器设备对被测管道进行实际测量，向被测管道激发超声导波获得实测数据，从实测数据中确定实际频散曲线；5）将实际频散曲线与理论频散曲线进行对比，判断出实测泥沙含量。能更好地得到充液管道中泥沙含量的情况。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测方法，特别是涉及一种充液管道中泥沙含量检测的方法，属于超声无损检测技术领域。
背景技术
随着超声技术的发展，超声检测在工程领域的应用越来越频繁。管道作为五大运输工具之一，在运送液体、气体、浆液等方面具有特殊的优势。充液管道的检测是石油、化工及电力等部门中密切关注的问题，也是一大难题。采用超声导波法进行管道质量检测的研究过程中，研究超声导波在该结构中的传播特性将为检测提供理论参考。同时在实验管道中加入泥沙等杂质，会符合实际情况；有的实验管道是充入泥浆，泥浆管道的泄漏检测也值得研究。泥沙问题已经成为了影响我国经济生产建设诸多领域的重要因素之一，直接影响到河流的通航、供水以及流域生态环境各个方面。
目前的泥沙含量检测法有：
(1)激光法：激光法是利用光在水体中传播时由于泥沙颗粒散射、衍射、吸收等原因，造成光强度上一定程度的衰减，通过对其衰减系数的测定，进而得到水体中泥沙含量等诸多信息。
(2)红外线法：红外线法是基于光与泥沙颗粒相互作用的关系，通过建立不同的泥沙含量与反射光产生的电压信号强度的对应关系，测定给定系统的电压输出，达到预测泥沙含量的目标。
(3)超声波法：现有的利用超声波对含泥沙充液管道的检测主要利用SH波、导波、界面波这几种声波模式。由于SH波难以激发，界面波的产生也需要满足特定的参数条件，而管道中导波的模态丰富且容易产生。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种充液管道中泥沙含量检测的方法，能够对含泥沙管道中的泥沙含量进行更好地检测。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种充液管道中泥沙含量检测的方法，包括以下步骤：
1)建立含泥沙的充液管道模型，根据模型的位移与势函数的关系、应力与势函数的关系以及充液管道界面的边界条件，推导出该模型中导波的频散方程；
2)对导波的频散方程进行分析，得出模型下的声速表达式；
3)通过有限元仿真软件仿真得出理论上不同泥沙含量对应的理论频散曲线，理论频散曲线表示了理论上不同泥沙含量与不同声速的对应关系；
4)通过仪器设备对被测管道进行实际测量，向被测管道激发超声导波获得实测数据，从实测数据中确定实际频散曲线；
5)将实际频散曲线与理论频散曲线进行对比，判断与实测的声速相对应的理论泥沙含量即为实测泥沙含量。
本发明进一步设置为：所述步骤1)的推导出该模型中导波的频散方程，具体为，
将模型的位移场u分解为标量势φ和矢量势H，并且 为拉普拉斯算子，则得式(1)，
只考虑纵向轴对称模态，则矢量势H的径向分量和轴向分量均为0；
只保留矢量势H的轴向分量Hθ，且该轴向分量Hθ为r、z和t的函数，r为半径，z为径向方向，t为时间，则得式(2)，
其中，c1为介质的纵波波速；
令f(r)为方程解，h(r)为方程解，i为虚部，k为复波数，ω为频率；
将式(3)代入式(2)进行求解，则得式(4)，
其中，A1为待求系数，A2为待求系数，α为纵波波数差，为汉克尔函数，为汉克尔函数，B1为待求系数，B2为待求系数，β为横波波数差，为汉克尔函数，为汉克尔函数；
由此可得充液管道的径向位移ur为式(5)，
其中，为汉克尔函数，为汉克尔函数；
利用胡克定律，可得相应的位移分量为式(6)，
其中，σrr、σrz分别为充液管道界面上的法向应力与切向应力，μ为介质拉美常数，μr为法向位移，μz为切向位移；
当波在非粘性充液管道中传播时，位移场上标f表示液体；
其中，φf＝CJ0(αfr)exp[i(kz-ωt)](7)，C为待求系数，J0为贝塞尔函数；
根据式(7)，求解uf、
充液管道界面的边界条件为式(8)，
其中，a为充液管道的内半径，b为充液管道的外半径，上标p表示管道；
将式(6)和式(7)推导求得的应力和位移表达式代入式(8)得到一组非线性方程，根据方程组有解条件，得到该模型中导波的频散方程；
其中，方程组有解条件为该方程组的系数行列式为零。
本发明进一步设置为：所述有限元仿真软件为Matlab软件。
本发明进一步设置为：所述仪器设备包括超声信号发生器和信号采集器，所述超声信号发生器从被测管道的一侧激发纵向超声导波的L(0，2)模态，所述信号采集器从被测管道的另一侧进行信号采集而获取实测数据。
本发明进一步设置为：所述实测数据为时域波形，对时域波形采用小波分析得到实际频散曲线。
本发明进一步设置为：所述时域波形通过示波器提取接收，所述小波分析通过计算机完成。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
本发明提供的充液管道中泥沙含量检测的方法，通过对所建立的含泥沙的充液管道模型进行理论分析得到理论频散曲线，并通过向被测管道激发超声导波获得实测数据来确定实际频散曲线后，将实际频散曲线与理论频散曲线进行对比，由频散曲线中的低阶频率与声传播速度关系来判断泥沙含量，能更好地得到充液管道中泥沙含量的情况，有利于对水利工程进行质量监测和维护。
上述内容仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚的了解本发明的技术手段，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
附图说明
图1是本发明的含泥沙的充液管道模型的结构示意图；
图2是本发明的导波的频散方程的推导流程图；
图3是本发明的理论上不同泥沙含量对应的理论频散曲线。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
一种充液管道中泥沙含量检测的方法，包括以下步骤：
1)建立含泥沙的充液管道模型，如图1所示；根据模型的位移与势函数的关系、应力与势函数的关系以及充液管道界面的边界条件，推导出该模型中导波的频散方程。
导波的频散方程的推导过程如图2所示，具体为，
将模型的位移场u分解为标量势φ和矢量势H，并且 为拉普拉斯算子，则得式(1)，
只考虑纵向轴对称模态，则矢量势H的径向分量和轴向分量均为0；
只保留矢量势H的轴向分量Hθ，且该轴向分量Hθ为r、z和t的函数，r为半径，z为径向方向，t为时间，则得式(2)，
其中，c1为介质的纵波波速；
令f(r)为方程解，h(r)为方程解，i为虚部，k为复波数，ω为频率；
将式(3)代入式(2)进行求解，则得式(4)，
其中，A1为待求系数，A2为待求系数，α为纵波波数差，为汉克尔函数，为汉克尔函数，B1为待求系数，B2为待求系数，β为横波波数差，为汉克尔函数，为汉克尔函数；
由此可得充液管道的径向位移ur为式(5)，
其中，为汉克尔函数，为汉克尔函数；
利用胡克定律，可得相应的位移分量为式(6)，
其中，σrr、σrz分别为充液管道界面上的法向应力与切向应力，μ为介质拉美常数，μr为法向位移，μz为切向位移；
当波在非粘性充液管道中传播时，位移场上标f表示液体；
其中，φf＝CJ0(αfr)exp[i(kz-ωt)](7)，C为待求系数，J0为贝塞尔函数；
根据式(7)，求解uf、
充液管道界面的边界条件为式(8)，
其中，a为充液管道的内半径，b为充液管道的外半径，上标p表示管道；
将式(6)和式(7)推导求得的应力和位移表达式代入式(8)得到一组非线性方程，根据方程组有解条件，得到该模型中导波的频散方程；
其中，方程组有解条件为该方程组的系数行列式为零。
2)对导波的频散方程进行分析，得出模型下的声速表达式。
3)通过有限元仿真软件Matlab软件仿真得出理论上不同泥沙含量对应的理论频散曲线，理论频散曲线表示了理论上不同泥沙含量与不同声速的对应关系，如图3所示，从图3中可以看出相速度在频厚积为0.01MHz.mm-0.05MHz.mm变化最为明显；因此，我们在此理论范围内进行泥沙含量的实际检测。
4)通过仪器设备对被测管道进行实际测量，向被测管道激发超声导波获得实测数据，从实测数据中确定实际频散曲线。
所述仪器设备包括超声信号发生器和信号采集器，所述超声信号发生器从被测管道的一侧激发纵向超声导波的L(0，2)模态，所述信号采集器从被测管道的另一侧进行信号采集而获取实测数据；获取的实测数据通过示波器提取接收出时域波形，对时域波形通过计算机采用小波分析得到实际频散曲线。
5)将实际频散曲线与理论频散曲线进行对比，判断与实测的声速相对应的理论泥沙含量即为实测泥沙含量。
本发明的创新点在于，将实际频散曲线与理论频散曲线进行对比，由频散曲线中的低阶频率与声传播速度关系来判断泥沙含量，从而能更好地得到充液管道中泥沙含量的情况。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种充液管道中泥沙含量检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)建立含泥沙的充液管道模型，根据模型的位移与势函数的关系、应力与势函数的关系以及充液管道界面的边界条件，推导出该模型中导波的频散方程；
2)对导波的频散方程进行分析，得出模型下的声速表达式；
3)通过有限元仿真软件仿真得出理论上不同泥沙含量对应的理论频散曲线，理论频散曲线表示了理论上不同泥沙含量与不同声速的对应关系；
4)通过仪器设备对被测管道进行实际测量，向被测管道激发超声导波获得实测数据，从实测数据中确定实际频散曲线；
5)将实际频散曲线与理论频散曲线进行对比，判断与实测的声速相对应的理论泥沙含量即为实测泥沙含量。
2.根据权利要求1所述的一种充液管道中泥沙含量检测的方法，其特征在于：所述步骤1)的推导出该模型中导波的频散方程，具体为，
将模型的位移场u分解为标量势φ和矢量势H，并且▽·H＝0，▽为拉普拉斯算子，则得式(1)，
u＝▽φ+▽×H (1)
只考虑纵向轴对称模态，则矢量势H的径向分量和轴向分量均为0；
只保留矢量势H的轴向分量Hθ，且该轴向分量Hθ为r、z和t的函数，r为半径，z为径向方向，t为时间，则得式(2)，
<mrow>
<mfenced open = "{" close = "}">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msup>
<mo>&dtri;</mo>
<mn>2</mn>
</msup>
<mi>&phi;</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<msubsup>
<mi>c</mi>
<mn>1</mn>
<mn>2</mn>
</msubsup>
</mfrac>
<mfrac>
<mrow>
<msup>
<mo>&part;</mo>
<mn>2</mn>
</msup>
<mi>&phi;</mi>
</mrow>
<mrow>
<mo>&part;</mo>
<msup>
<mi>t</mi>
<mn>2</mn>
</msup>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msup>
<mo>&dtri;</mo>
<mn>2</mn>
</msup>
<msub>
<mi>H</mi>
<mi>&theta;</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>H</mi>
<mi>&theta;</mi>
</msub>
<msup>
<mi>r</mi>
<mn>2</mn>
</msup>
</mfrac>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<msubsup>
<mi>c</mi>
<mn>1</mn>
<mn>2</mn>
</msubsup>
</mfrac>
<mfrac>
<mrow>
<msup>
<mo>&part;</mo>
<mn>2</mn>
</msup>
<msub>
<mi>H</mi>
<mi>&theta;</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<mo>&part;</mo>
<msup>
<mi>t</mi>
<mn>2</mn>
</msup>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>2</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，c1为介质的纵波波速；
令f(r)为方程解，h(r)为方程解，i为虚部，k为复波数，ω为频率；
将式(3)代入式(2)进行求解，则得式(4)，
<mrow>
<mfenced open = "{" close = "}">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mi>f</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>r</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>A</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<msubsup>
<mi>H</mi>
<mn>0</mn>
<mn>1</mn>
</msubsup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&alpha;</mi>
<mi>r</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>A</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<msubsup>
<mi>H</mi>
<mn>0</mn>
<mn>2</mn>
</msubsup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&alpha;</mi>
<mi>r</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mi>h</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>r</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>B</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<msubsup>
<mi>H</mi>
<mn>1</mn>
<mn>1</mn>
</msubsup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&beta;</mi>
<mi>r</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>B</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<msubsup>
<mi>H</mi>
<mn>1</mn>
<mn>2</mn>
</msubsup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&beta;</mi>
<mi>r</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>4</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，A1为待求系数，A2为待求系数，α为纵波波数差，为汉克尔函数，为汉克尔函数，B1为待求系数，B2为待求系数，β为横波波数差，为汉克尔函数，为汉克尔函数；
由此可得充液管道的径向位移ur为式(5)，
<mrow>
<msub>
<mi>u</mi>
<mi>r</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mo>&lsqb;</mo>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>&alpha;A</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<msubsup>
<mi>H</mi>
<mn>1</mn>
<mn>1</mn>
</msubsup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&alpha;</mi>
<mi>r</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>&alpha;A</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<msubsup>
<mi>H</mi>
<mn>1</mn>
<mn>2</mn>
</msubsup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&alpha;</mi>
<mi>r</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>B</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<msubsup>
<mi>kH</mi>
<mn>1</mn>
<mn>1</mn>
</msubsup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&beta;</mi>
<mi>r</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>B</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<msubsup>
<mi>kH</mi>
<mn>1</mn>
<mn>2</mn>
</msubsup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&beta;</mi>
<mi>r</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&rsqb;</mo>
<mi>exp</mi>
<mo>&lsqb;</mo>
<mi>i</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>k</mi>
<mi>z</mi>
<mo>-</mo>
<mi>&omega;</mi>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&rsqb;</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>5</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，为汉克尔函数，为汉克尔函数；
利用胡克定律，可得相应的位移分量为式(6)，
<mrow>
<mfenced open = "{" close = "}">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>&sigma;</mi>
<mrow>
<mi>r</mi>
<mi>r</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mn>2</mn>
<mi>&mu;</mi>
<mfrac>
<mrow>
<mo>&part;</mo>
<msub>
<mi>&mu;</mi>
<mi>r</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<mo>&part;</mo>
<mi>r</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>+</mo>
<mi>&lambda;</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>&mu;</mi>
<mi>r</mi>
</msub>
<mi>r</mi>
</mfrac>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mo>&part;</mo>
<msub>
<mi>&mu;</mi>
<mi>r</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<mo>&part;</mo>
<mi>r</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>&sigma;</mi>
<mrow>
<mi>r</mi>
<mi>z</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mi>&mu;</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mo>&part;</mo>
<msub>
<mi>&mu;</mi>
<mi>r</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<mo>&part;</mo>
<mi>z</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mo>&part;</mo>
<msub>
<mi>&mu;</mi>
<mi>z</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<mo>&part;</mo>
<mi>r</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>6</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，σrr、σrz分别为充液管道界面上的法向应力与切向应力，μ为介质拉美常数，μr为法向位移，μz为切向位移；
当波在非粘性充液管道中传播时，位移场uf＝▽φf，上标f表示液体；
其中，φf＝CJ0(αfr)exp[i(kz-ωt)] (7)，C为待求系数，J0为贝塞尔函数；
根据式(7)，求解uf、
充液管道界面的边界条件为式(8)，
<mrow>
<mfenced open = "{" close = "}">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>&sigma;</mi>
<mrow>
<mi>r</mi>
<mi>r</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mrow>
<mi>r</mi>
<mo>=</mo>
<mi>b</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mn>0</mn>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>&sigma;</mi>
<mrow>
<mi>r</mi>
<mi>z</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mrow>
<mi>r</mi>
<mo>=</mo>
<mi>b</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mn>0</mn>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msubsup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>u</mi>
<mi>r</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mrow>
<mi>r</mi>
<mo>=</mo>
<mi>a</mi>
</mrow>
<mi>p</mi>
</msubsup>
<mo>=</mo>
<msubsup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>u</mi>
<mi>r</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mrow>
<mi>r</mi>
<mo>=</mo>
<mi>a</mi>
</mrow>
<mi>f</mi>
</msubsup>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msubsup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>&sigma;</mi>
<mrow>
<mi>r</mi>
<mi>r</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mrow>
<mi>r</mi>
<mo>=</mo>
<mi>a</mi>
</mrow>
<mi>p</mi>
</msubsup>
<mo>=</mo>
<msubsup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>&sigma;</mi>
<mrow>
<mi>r</mi>
<mi>r</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mrow>
<mi>r</mi>
<mo>=</mo>
<mi>a</mi>
</mrow>
<mi>f</mi>
</msubsup>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msubsup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>&sigma;</mi>
<mrow>
<mi>r</mi>
<mi>z</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mrow>
<mi>r</mi>
<mo>=</mo>
<mi>a</mi>
</mrow>
<mi>p</mi>
</msubsup>
<mo>=</mo>
<msubsup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>&sigma;</mi>
<mrow>
<mi>r</mi>
<mi>z</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mrow>
<mi>r</mi>
<mo>=</mo>
<mi>a</mi>
</mrow>
<mi>f</mi>
</msubsup>
<mo>=</mo>
<mn>0</mn>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>8</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，a为充液管道的内半径，b为充液管道的外半径，上标p表示管道；
将式(6)和式(7)推导求得的应力和位移表达式代入式(8)得到一组非线性方程，根据方程组有解条件，得到该模型中导波的频散方程；
其中，方程组有解条件为该方程组的系数行列式为零。
3.根据权利要求1所述的一种充液管道中泥沙含量检测的方法，其特征在于：所述有限元仿真软件为Matlab软件。
4.根据权利要求1所述的一种充液管道中泥沙含量检测的方法，其特征在于：所述仪器设备包括超声信号发生器和信号采集器，所述超声信号发生器从被测管道的一侧激发纵向超声导波的L(0，2)模态，所述信号采集器从被测管道的另一侧进行信号采集而获取实测数据。
5.根据权利要求4所述的一种充液管道中泥沙含量检测的方法，其特征在于：所述实测数据为时域波形，对时域波形采用小波分析得到实际频散曲线。
6.根据权利要求5所述的一种充液管道中泥沙含量检测的方法，其特征在于：所述时域波形通过示波器提取接收，所述小波分析通过计算机完成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711351758.XA CN107957449B (zh) | 2017-12-15 | 2017-12-15 | 一种充液管道中泥沙含量检测的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711351758.XA CN107957449B (zh) | 2017-12-15 | 2017-12-15 | 一种充液管道中泥沙含量检测的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107957449A true CN107957449A (zh) | 2018-04-24 |
| CN107957449B CN107957449B (zh) | 2020-04-07 |
Family
ID=61957789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711351758.XA Expired - Fee Related CN107957449B (zh) | 2017-12-15 | 2017-12-15 | 一种充液管道中泥沙含量检测的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107957449B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110426333A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-11-08 | 河海大学常州校区 | 一种利用圆柱体散射声压检测悬浮液颗粒含量的方法 |
| CN114544428A (zh) * | 2022-02-28 | 2022-05-27 | 常州工学院 | 一种基于超声导波频散测量液体密度的方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102323333A (zh) * | 2011-06-02 | 2012-01-18 | 河海大学常州校区 | 基于流-固界面波的泥沙含量检测装置及检测方法 |
-
2017
- 2017-12-15 CN CN201711351758.XA patent/CN107957449B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102323333A (zh) * | 2011-06-02 | 2012-01-18 | 河海大学常州校区 | 基于流-固界面波的泥沙含量检测装置及检测方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 李以善，汪立新主编: "《无损检测员-超声波检测》", 30 November 2013, 机械工业出版社 * |
| 毛志斌 等: "含泥沙的流固层状介质界面波传播特性研究", 《声学技术》 * |
| 蒋謇 等: "充液管道中泥沙对纵向导波传播特性的影响", 《声学技术》 * |
| 黄松岭，王珅，赵伟 著: "《电磁超声导波理论与应用》", 31 October 2013, 清华大学出版社 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110426333A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-11-08 | 河海大学常州校区 | 一种利用圆柱体散射声压检测悬浮液颗粒含量的方法 |
| CN110426333B (zh) * | 2019-08-30 | 2021-09-17 | 河海大学常州校区 | 一种利用圆柱体散射声压检测悬浮液颗粒含量的方法 |
| CN114544428A (zh) * | 2022-02-28 | 2022-05-27 | 常州工学院 | 一种基于超声导波频散测量液体密度的方法 |
| CN114544428B (zh) * | 2022-02-28 | 2023-06-23 | 常州工学院 | 一种基于超声导波频散测量液体密度的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107957449B (zh) | 2020-04-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chen et al. | Nonlinear lamb wave analysis for microdefect identification in mechanical structural health assessment | |
| Schaal et al. | Lamb wave propagation in a plate with step discontinuities | |
| CN100483127C (zh) | 一种对带粘弹性包覆层充液管道无损检测的方法 | |
| CN102788738A (zh) | 多相流体密度和浓度超声阵列检测方法 | |
| CN103245726B (zh) | 通过超声表面波检测材料氢损伤的方法 | |
| CN101762635A (zh) | 钢质储罐底板的导波在线检测方法 | |
| Brath et al. | Guided wave tomography of pipe bends | |
| CN107957449B (zh) | 一种充液管道中泥沙含量检测的方法 | |
| Kharrat et al. | Pipeline inspection using a torsional guided-waves inspection system. Part 1: Defect identification | |
| CN101393172A (zh) | 非线性共振声谱法无损检测固体中的裂纹 | |
| CN109538948B (zh) | 一种基于孔隙介质参数的埋地充液管道泄漏的检测方法 | |
| Hu et al. | Numerical and experimental investigations on mode conversion of guided waves in partially immersed plates | |
| Fong | A study of curvature effects on guided elastic waves | |
| Ju et al. | Monitoring of corrosion effects in pipes with multi-mode acoustic signals | |
| CN108181383B (zh) | 一种基于二次谐波频率飘移的泥沙含量检测方法 | |
| CN100526875C (zh) | 一种对带粘弹性包覆层充液管道导波检测的方法 | |
| Liu et al. | Location identification of closed crack based on Duffing oscillator transient transition | |
| Baik et al. | Investigation of a method for real time quantification of gas bubbles in pipelines | |
| Yamamoto et al. | Frequency dependence of the defect sensitivity of guided wave testing for efficient defect detection at pipe elbows | |
| CN102175770B (zh) | 多裂纹的非线性超声定位方法 | |
| CN106370734A (zh) | 管道超声导波检测中端面反射信号的提取方法 | |
| Lee et al. | Pipe defect visualization and quantification using longitudinal ultrasonic modes | |
| Furuhashi et al. | Change in mode configurations and propagation velocity of guided waves through an elbow section of a pipe | |
| CN204214818U (zh) | 一种汽轮机油参数测量探针 | |
| Niu et al. | An analytical model of transducer array arrangement for guided wave excitation and propagation on cylindrical structures |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20200407 |