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基于超声波的地下管道探测研究 摘 要：随着城市建设的飞速发展， 地下管网密如蛛网， 但管网资料残缺不齐， 档案管理方式落后陈旧， 严重阻碍了城市规划、建设与管理工作。因此， 城市地下管线探测越来越受到城市有关部门的高度重视， 高素质的专业管线探测队伍和先进的探测技术与设备缺一不可。而常规的检测方法有磁测法、电磁法、探地雷达法等。本文所研究的超声波探测是利用材料及其缺陷的声学性能差异对超声波传播波形反射情况和穿透时间的能量变化来检验材料内部缺陷的无损检测方法。由于超声波探测技术与传统的原位测试方法相比，具有轻便简洁、快速经济、测量精度高、易于控制等优点。因此可以在很多探测领域内显示优势。 关键词：管道；超声波检测；无损检测；回波信号 管道作为长距离传输行业的五大重要运输手段之一，其与人们的生活和生产密切相关。而一旦管道外壁长时间被腐蚀，严重的话就会造成破裂，将会对自然环境、国民经济、人们的人身及财产安全等带来严重的损失。近年来，由于管道的破裂给国民带来的灾害事件时有发生，因此，对管道的监管和检测刻不容缓。对管道的腐蚀检测对于有效评估管道的寿命、及时的检测和抑制管道的泄漏、保证其正常运行具有极其重要的意义；对管道距离的探测可以为地下工程如地铁的修建等提供合理的依据。 对于地下管网的检测，必须保证在不破坏管道的情况下，尽可能的采用简单实用的方法进行检测，否则将会失去检测的意义。目前常规的检测方法有磁测法、电磁法、探地雷达法等。在地表铁磁体干扰较少的地段， 可优先选用磁测法来查寻地下铁质管道或带有铁磁物屏蔽的电缆。但磁测法精度不高， 且易受铁磁体干扰， 因此不能成为一种通用的探测方法。电磁法探测的工作量比较大，对探测设备的要求比较高，成本比较高，相对比较复杂。对探地雷达法来说，雷达仪器本身具有很强的抗干扰能力， 但对城市电信干扰、公路上交通车辆的干扰、地层的不均匀性、绕射、多次反射等干扰是无法抗拒和不可避免的， 这些干扰都有可能使图像变得模糊不清、变形、甚至无法辨认。由于超声波探测技术与传统的原位测试方法相比，具有如下优点：指向性好，对管道缺陷能很准确的定位；检测的灵敏度高，可检测管道内部尺寸很小的缺陷； 是非接触的检测，在检测中无需测量装备和管道的耦合；具有较强的抗干扰能力；穿透能力强，可测厚度大，是所有无损探伤方法中检测厚度最大的。超声波检测法除了这些优点外，还可以通过计算机实现对超声检测采集到的信号进行实时的处理，可以提高检测的自动化程度。超声检测还具有对微型裂纹敏感的特点，结合断裂力学和损伤力学的知识可以对检测的管道寿命进行估计，便于及时采取相应的措施。 超声波检测是利用材料及其缺陷的声学性能差异对超声波传播波形反射情况和穿透时间的能量变化来检验材料内部缺陷的无损检测方法。利用超声波检测技术对管道探伤，可以对多种现象进行检测，不伦是当管道受到外力破坏等原因造成的管道爆裂，还是因服役时间过长、土壤酸碱度变化等因素引起的管道腐蚀，利用超声波检测技术均可以对这样的管道检测。对地下管网的探测研究采用超声波脉冲反射法。脉冲反射法的检测原理是：超声波在波导中传播时，波导的边界会对超声波的传播产生影响，利用这一特性，可以通过观察超声波的回波信号推断波导的形态，判断是否有缺陷，并且可以探测出缺陷的位置及其大致的大小。因此可以利用仪器激发超声波，将超声波传入管道中，观察其回波信号，完成对管道损伤的检测。同时，脉冲反射法还可以对管道的距离进行测量。脉冲反射法有纵波探伤和横波探伤两种，其中在垂直探伤时用纵波，在斜射探伤时用横波。在超声波仪器示波屏上，以横坐标表示超声波的传播的时间，以纵坐标表示回波信号的幅度。对于同一均匀介质来说，脉冲波的传播时间与声音传播的路程成正比。因此可由缺陷回波信号的出现判断缺陷的存在；又可由回波信号出现的位置来确定缺陷距探测面的距离，实现缺陷定位；通过回波幅度来判断缺陷的当量大小。探测的原理图如图1所示： 研究超声波检测技术的原理及特点，对比工程检测中对管道防腐层缺陷检测的其他方法可得，超声波检测方法是最适合检测管道防腐层破损及管道距离的检测方法。利用超声波检测地下管网对人类的生活和生产具有显著的意义。 参考文献 1 孟繁亮.管道防腐层破损原因及检测技术探讨J.化学工程与装备，2011（5）：107-111. 2 耿荣生，景鹏.蓬勃发展的我国无损检测技术J.机械工程学报，2013（22）：1-7. 3 种玉宝，唐文庆.埋地管道防腐层检测J.石油化工设备，2013（2）：57-61. 4 Song YW， Udpa SS. A new morphological algorithm for fusing ultrasonic and eddy current images，IEEE Symp Ultrason 1996：649-52 5 Simone G， Morabito FC， NDT image fusion using eddy current and ultrasonic data， Int JComput Math Electr Electron Eng 2001；20（3）：857-868（12） 6国防科技工业无损检测人员资格鉴定与认证培训教材编审委员会编，超声波检测，机械工业出版社，2005 7