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Anwendung eines RF-Leistungsverstärkers in einem Experiment zur Prüfung von geführten Einzeldefekten

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Experimenteller Name: Single Defect Guided Wave Testing ExperimentForschungsschwerpunkt: Pipeline-Transport

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Experimenteller Name: Experiment zur Prüfung einzelner defektgeführter Wellen

Forschungsschwerpunkt: Der Pipelinetransport spielt in der heutigen Volkswirtschaft und im industriellen Transportsektor eine unverzichtbare Rolle und bietet wirtschaftliche, effiziente und sichere Vorteile. Allerdings sind Pipelines während des Betriebs nicht wartungsfrei. Im Laufe der Zeit oder aufgrund von Herstellungsfehlern können Pipelines Defekte entwickeln, die letztendlich zu Sicherheitsvorfällen führen. Daher sind die Verbesserung bestehender Verfahren zur Erkennung von Pipelinefehlern und die Erforschung neuer Methoden von großer Bedeutung für die Gewährleistung eines zuverlässigen Betriebs von Pipelinetransportsystemen.

Geführte Ultraschallwellen wurden aufgrund ihrer einzigartigen Vorteile sowohl für die Kurz- als auch für die Langstreckenprüfung von Pipelines ausgiebig untersucht und haben sich zu einer wichtigen Methode zur Fehlererkennung entwickelt. In dieser Arbeit wird der Fokussierungseffekt der zeitumgekehrten geführten Wellen durch theoretische Analyse, numerische Simulation und experimentelle Validierung unter Berücksichtigung des Einflusses verschiedener Parameter untersucht. Der spezifische Forschungsinhalt gliedert sich in die folgenden drei Teile:

Erstens wurden für zeitumgekehrte Signale, die unterschiedliche modale Informationen von Defekten enthalten, die Fokussierungseffekte bei unterschiedlichen Zeitfensterbreiten untersucht und damit die Grundlage für die weitere Forschung gelegt. Direkte geführte Wellenprüfungen und zeitlich umgekehrte geführte Wellenprüfungen wurden an Pipelines mit Rissdefekten in verschiedenen Umfangswinkeln, radialen Tiefen und axialen Längen durchgeführt. Die Ergebnisse wurden verglichen, um den Einfluss von Parameteränderungen auf die Erkennung geführter Wellen und die zeitliche Umkehrung der Fokussierung zu untersuchen. Auf der Grundlage des Modells mit einem Defekt wurde eine Rohrleitung mit zwei Defekten erstellt, um die Fokussierungseffekte bei Defekt 1 und Defekt 2 sowie den Einfluss unterschiedlicher axialer Abstände und Umfangswinkel zwischen den beiden Defekten auf die Wellenform, den Modus und die Amplitude nach der Zeitumkehr zu untersuchen.

Zweitens wurde für Situationen, in denen die Rohrleitung teilweise freiliegt oder die Gewährleistung einer vollständigen Kopplung zwischen dem Messwertaufnehmer und der Rohrleitung während der tatsächlichen Inspektion schwierig ist, eine Methode zur Erkennung von Teilbelastungen mit zeitlich umgekehrten geführten Wellen vorgeschlagen. Diese Methode wählt geeignete Kanalpositionen und -nummern für die zeitlich umgekehrte Belastung während der sekundären Anregung auf der Grundlage der von jedem Kanal bei der direkten Erkennung geführter Wellen erhaltenen Verschiebungsdaten aus. Die Wechselwirkung zwischen geführten Wellen und einzelnen Defekten wurde analysiert, die Umfangsverteilung der Defektenergie wurde untersucht, und darauf aufbauend wurden unter Verwendung von Energie, Defektreflexionsrate usw. als Indikatoren Schemata entwickelt, um zu untersuchen, wie sich Änderungen der Anzahl und Position der Kanäle auf den Fokussierungseffekt auswirken.

Schließlich wurde ein Experimentalsystem eingerichtet, um die Fehlererkennung an einer realen Rohrleitung durchzuführen, die axiale Position des Fehlers zu bestimmen und sie mit der tatsächlichen Position und den Simulationsergebnissen zu vergleichen. Der Fokussierungseffekt bei wechselnden Fensterbreiten wurde durch eine Kombination aus Experiment und numerischer Simulation verifiziert, und die Durchführbarkeit für Defekte mit verschiedenen Umfangswinkeln, unterschiedlichen radialen Tiefen und partieller Belastung wurde validiert.

Experimentelle Zielsetzung: Verbesserung der Erkennungsgenauigkeit für kleine Defekte in Rohrleitungen und Schaffung einer Grundlage für die schnellere Anwendung der zeitumgekehrten Prüfung mit geführten Ultraschallwellen in der praktischen Prüftechnik, wobei das Problem der unvollständigen Wandlerkopplung während des tatsächlichen Erkennungsprozesses berücksichtigt wird.

Prüfausrüstung: Arbiträrwellenformgenerator, ATA-8202 HF-Leistungsverstärker, Transceiver-Schalter, ATA-5320 Vorverstärker, Digitaloszilloskop.

Experimenteller Ablauf: Der HF-Leistungsverstärker ATA-8202 verfügt über eine LCD-Anzeige, arbeitet im Klasse-A-Modus und bietet Vorteile wie hohe Linearität, geringe Verzerrung, lange Lebensdauer und stabile Leistung. Er hat eine gesättigte Ausgangsleistung von 200 W, eine Leistungsverstärkung von 47 dB und eine Verstärkungseinstellung in 0,5 dB-Schritten. Während des Experiments stimmte das ausgewählte Anregungssignal mit der Finite-Elemente-Simulation überein. Sechzehn piezoelektrische Wandler mit Längenausdehnung, die gleichmäßig um das Rohrende herum angeordnet waren, sorgten in Verbindung mit einem Transceiver-Schalter für die Übertragung und den Empfang des Signals. Das modulierte Impulssignal, das vom Wellenformgenerator erzeugt wurde, bewirkte nach der Verstärkung durch den Leistungsverstärker eine axiale Belastung der Wandler und regte dadurch die Erzeugung von longitudinalen geführten Wellen an. Diese geführten Wellensignale breiteten sich entlang der Rohrachse aus, interagierten mit Defekten in der Rohrleitung und erzeugten reflektierte und übertragene Wellen. Anschließend wurden die reflektierten Echosignale von den Wandlern wieder eingefangen und in schwache elektrische Signale umgewandelt. Dieses Signal wurde durch den Vorverstärker weiter verstärkt und zur Aufzeichnung an das Oszilloskop übertragen. Schließlich wurde dieser Erkennungsprozess in Echtzeit auf dem Host-Computer angezeigt.

Experimentelle Plattform und Aufbau

Abbildung 1-1: Versuchsplattform und -aufbau

Experimentelle Ergebnisse: In diesem Experiment wurde ein System zur Erkennung von Defekten in Pipelines mit geführten Ultraschallwellen entwickelt. Die direkte Erkennung von geführten Wellen und die Erkennung von zeitlich umgekehrten geführten Wellen wurden an einer Pipeline mit Korrosionsdefekten durchgeführt, und die Erkennung von geführten Wellen bei Teilbelastung wurde experimentell validiert. Es wurden die folgenden Schlussfolgerungen gezogen:
(1) Die axiale Positionierung von Korrosionsdefekten in der Rohrleitung mit Hilfe von geführten Wellen ist relativ genau mit kleinen Fehlern. Geführte Ultraschallwellen können Korrosionsdefekte in Pipelines effektiv erkennen.
(2) Die Defektreflexionsrate bei der Detektion mit zeitumgekehrten geführten Wellen steigt mit der Erweiterung des Zeitumkehrfensters, was mit den Ergebnissen der Simulation übereinstimmt.
(3) Mit zunehmender Grubendichte steigen die Defektreflexionsraten sowohl bei der direkten als auch bei der zeitlich umgekehrten Erkennung geführter Wellen, wobei eine deutlichere Verbesserung bei kleineren Korrosionsdefekten zu beobachten ist.
(4) Wenn der Umfangsbelastungswinkel klein ist, werden mehr nicht-achsensymmetrische geführte Wellenmoden angeregt. Nach der Interaktion mit dem Defekt wird die modale Zusammensetzung komplexer, was die Identifizierung des Defektwellenpakets erschwert.

Experimentelle Signale für verschiedene Belastungspositionen

Abbildung: Experimentelle Signale für verschiedene Belastungspositionen

Experimentelle Detektionsergebnisse für Defekte mit unterschiedlichen Grubendichten

Abbildung: Experimentelle Detektionsergebnisse für Defekte mit unterschiedlichen Pitdichten

Produktempfehlung: RF-Leistungsverstärker der Serie ATA-8000

Spezifikationen und Parameter des RF-Leistungsverstärkers der Serie ATA-8000

Abbildung: Technische Daten und Parameter des HF-Leistungsverstärkers der Serie ATA-8000

Dieses Dokument wurde von Aigtek zusammengestellt und veröffentlicht. Für weitere Fälle und detaillierte Produktinformationen, folgen Sie uns bitte weiter. Xi'an Aigtek hat sich zu einem großen Instrumenten- und Ausrüstungslieferanten mit einer breiten Palette von Produktlinien in der Industrie entwickelt. Demo-Geräte sind zum kostenlosen Testen verfügbar.

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