接收传感器、信号放大滤波器、数据采集模块和计算机，所述计算机上分别连接信号发生器和数据处理模块，所述信号发生器上依次连接连续波功率放大器和激励传感器，所述数据采集模块上依次连接信号放大滤波器和接收传感器。其中，信号发生器，由计算机控制产生连续正弦电流信号；连续波功率放大器，用于放大信号发生器产生的连续正弦电流信号并输入激励传感器；激励传感器，基于磁致伸缩效应，在管道中产生超声导波，实现电磁-声的转换；接收传感器，基于逆磁致伸缩效应，在接收线圈中引起感应电压的变化，产生电信号；信号放大滤波器，用于对接收传感器产生的电信号进行放大滤波；数据采集模块，用于对经过放大滤波处理的电信号进行A/D转换，获取检测信号并传送给计算机；计算机，用于接收数据采集模块发送的检测信号并对检测信号进行频谱分析，获取管道的固有频率。
[0053]进一步，所述激励传感器包括激励线圈I和第一偏置线圈2，所述激励线圈I的外径小于第一偏置线圈2的内径且其位于第一偏置线圈2所围区域内，所述激励线圈I通过连续波功率放大器连接信号发生器，所述第一偏置线圈2连接直流电源。第一偏置线圈2连接直流电源，能为导波激励提供恒定的静态磁场。
[0054]进一步，所述接收传感器包括接收线圈3和第二偏置线圈4，所述接收线圈3的外径小于第二偏置线圈4的内径且其位于第二偏置线圈4所围区域内，所述接收线圈3与所述的信号放大滤波器连接，所述第二偏置线圈4连接直流电源。第二偏置线圈4连接直流电源，能为导波接收提供恒定的静态磁场。
[0055]以下结合一具体尺寸的管道进行说明，管道5的直径25mm，壁厚2.5mm，长度为2800mm，材料为20号钢。为了确定管道20kHz附近的固有频率，采用如下步骤:
[0056](I)将激励传感器和接收传感器分别安装在待测管道上，激励传感器(包括激励线圈I和第一偏置线圈2)和接收传感器(包括接收线圈3和第二偏置线圈4)在管道5的布置如图3所示，激励传感器距左端部0.5m处，接收传感器距激励传感器lm。
[0057](2)设置当前的激励时长70ms，具体实现为计算机控制所述信号发生器发出频率20kHz周期数为1400个信号输入连续波功率放大器，经连续波功率放大器放大后再输入到激励传感器。
[0058](3)获取检测信号，数据采集时间区间为[0，140ms]，具体实现为接收传感器将导波信号转换为电信号并输入至所述信号放大滤波器；信号经放大滤波处理后输入到所述数据采集模块，数据采集模块将模拟信号转换为数字信号输入到所述计算机，获取信号的时域波形图如图4所示。
[0059](4)计算检测信号在时间区间[70ms，140ms]上的幅值谱，结果如图5所示；也可以计算[0ms, 70ms]上的幅值谱，结果如图6所示；还可以计算[0ms, 140ms]的幅值谱，结果如图7所示。
[0060](5)根据计算得到幅值谱，获取待测管道5的固有频率。由于激励频率影响，图6和图7同时出现激励频率和各阶固有频率，图5消除激励频率影响。根据图5-7都可以获取激励频率20kHz附近管道固有频率依次为17.40kHz、18.37kHz、19.22kHz、20.13kHz、21.95kHz,22.80kHz,23.75kHz,24.63kHz。
[0061]为了确定管道10kHz附近的固有频率，采用如下步骤:
[0062](I)将激励传感器和接收传感器分别安装在待测管道5上，激励传感器(包括激励线圈I和第一偏置线圈2)和接收传感器(包括接收线圈3和第二偏置线圈4)在管道5的布置如图3所示，激励传感器距左端部0.5m处，接收传感器距激励传感器lm。
[0063](2)设置当前的激励时长30ms，具体实现为计算机控制所述信号发生器发出频率10kHz周期数为3000个信号输入连续波功率放大器，经连续波功率放大器放大后再输入到激励传感器。
[0064](3)获取检测信号，数据采集时间区间为[0，80ms]，具体实现为接收传感器将导波信号转换为电信号并输入至所述信号放大滤波器；信号经放大滤波处理后输入到所述数据采集模块，数据采集模块将模拟信号转换为数字信号输入到所述计算机，获取信号的时域波形图如图8所示。
[0065](4)计算检测信号在时间区间[30ms，80ms]上的幅值谱，结果如图9所示；也可以计算[0ms, 30ms]上的幅值谱，结果如图10所示；还可以计算[0ms, 80ms]的幅值谱，结果如图11所示。
[0066](5)根据计算得到幅值谱，获取待测管道的固有频率。由于激励频率影响，图10和图11同时出现激励频率和各阶固有频率，图9消除激励频率影响。根据图9-11都可以获取激励频率10kHz附近管道固有频率依次为96.06kHz、96.78kHz、97.54kHz、98.32kHz,99.12kHz,99.90kHz、100.70kHz、101.50kHz、102.30kHz、103.10kHz、104.0OkHz,104.80kHzo
[0067]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种管道固有频率的测量方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)将激励传感器和接收传感器分别安装在待测管道上； 2)根据所需固有频率的数值范围确定激励频率，设置激励时长A和测量时长12，其中t2^ 2t !； 3)激励传感器在管道上进行激励，通过接收传感器获取检测信号的时域波形图； 4)通过时域波形图计算检测信号在时间区间[tpt2]或[O，tj或[O，t2]上的幅值谱，获取检测信号的幅值谱； 5)根据幅值谱的幅值，获取待测管道的固有频率。
2.根据权利要求1所述的一种管道固有频率的测量方法，其特征在于:所述激励传感器包括激励线圈和第一偏置线圈，所述激励线圈的外径小于第一偏置线圈的内径且其位于第一偏置线圈所围区域内，所述激励线圈通过连续波功率放大器连接信号发生器，所述第一偏置线圈连接直流电源。
3.根据权利要求1所述的一种管道固有频率的测量方法，其特征在于:所述接收传感器包括接收线圈和第二偏置线圈，所述接收线圈的外径小于第二偏置线圈的内径且其位于第二偏置线圈所围区域内，所述接收线圈连接信号放大滤波器，所述第二偏置线圈连接直流电源。
4.根据权利要求1所述的一种管道固有频率的测量方法，其特征在于i的取值范围为[10ms, 1000ms]。
5.根据权利要求1所述的一种管道固有频率的测量方法，其特征在于2的取值范围为[20ms, 2000ms]。
6.根据权利要求1所述的一种管道固有频率的测量方法，其特征在于:激励频率的取值范围为[1Hz，1MHz]。
7.—种管道固有频率的测量系统，其特征在于:包括信号发生器、连续波功率放大器、激励传感器、接收传感器、信号放大滤波器、数据采集模块和计算机，所述计算机上分别连接信号发生器和数据处理模块，所述信号发生器上依次连接连续波功率放大器和激励传感器，所述数据采集模块上依次连接信号放大滤波器和接收传感器，其中， 信号发生器，由计算机控制产生连续正弦电流信号； 连续波功率放大器，用于放大信号发生器产生的连续正弦电流信号并输入激励传感器; 激励传感器，用于在管道中产生超声导波，实现电磁-声的转换； 接收传感器，用于在接收线圈中引起感应电压的变化，产生电信号； 信号放大滤波器，用于对接收传感器产生的电信号进行放大滤波； 数据采集模块，用于对经过放大滤波处理的电信号进行A/D转换，获取检测信号并传送给计算机； 计算机，用于接收数据采集模块发送的检测信号并对检测信号进行频谱分析，获取管道的固有频率。
8.根据权利要求7所述的一种管道固有频率的测量系统，其特征在于:所述激励传感器包括激励线圈和第一偏置线圈，所述激励线圈的外径小于第一偏置线圈的内径且其位于第一偏置线圈所围区域内，所述激励线圈通过连续波功率放大器连接信号发生器，所述第一偏置线圈连接直流电源。
9.根据权利要求7所述的一种管道固有频率的测量系统，其特征在于:所述接收传感器包括接收线圈和第二偏置线圈，所述接收线圈的外径小于第二偏置线圈的内径且其位于第二偏置线圈所围区域内，所述接收线圈连接信号放大滤波器，所述第二偏置线圈连接直流电源。
【专利摘要】本发明公开了一种管道固有频率的测量方法，包括以下步骤：1)将激励传感器和接收传感器分别安装在待测管道上；2)根据所需固有频率的数值范围确定激励频率，设置激励时长t1和测量时长t2，其中t2≥2t1；3)激励传感器在管道上进行激励，通过接收传感器获取检测信号的时域波形图；4)通过时域波形图计算检测信号在时间区间[t1,t2]或[0,t1]或[0,t2]上的幅值谱，获取检测信号的幅值谱；5)根据幅值谱的幅值，获取待测管道的固有频率。本发明基于磁致伸缩效应的导波检测方法快速获取管道高阶固有频率，同时可忽略检测传感器对管道振动情况的影响，提高检测准确度和可重复性。
【IPC分类】G01H11-06
【公开号】CN104792404
【申请号】CN201510192627
【发明人】徐江, 从明, 武新军
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月22日