定腔體內(nèi)部介質(zhì)腐蝕結(jié)構(gòu)尺寸變化的程度。不同管道口徑，采用不同頻率的電磁波在不同管道中傳播時，電磁波諧振頻率將隨所通過管道內(nèi)徑大小而變化，最后得出高精度的內(nèi)壁減薄量。
[0016]設(shè)沿管道的縱軸方向定為z軸或縱向；與z軸垂直的方向稱為橫向。如令一根熱交換管作為一個圓柱諧振腔，其腔體z軸或縱向與諧振頻率或諧振波長無關(guān)，而腔體的徑向尺寸的變化即腐蝕減薄量則與該腔體內(nèi)的電磁波諧振頻率或諧振波長有關(guān)。在圓柱諧振腔中，當1〈2.1R時，主模為TM010，當1>2.1R時，主模為TE111。同軸諧振腔中主模為TEM模。對于由兩端短路或開路的圓柱諧振腔，其諧振條件的表達式為1=ηλ0/2 ;對于由一端短路，另一端開路的金屬管構(gòu)成的諧振腔，其測量管道減薄量的公式如下:
2R=(2n-l)c/4f
式中2R為圓柱同軸諧振腔內(nèi)徑尺寸，f為諧振頻率。
[0017]公式表示金屬管的徑向尺寸2R與相應(yīng)的諧振頻率f是函數(shù)關(guān)系。從頻率上建立反相關(guān)規(guī)律，即腐蝕減薄量越大，諧振的頻率越低；腐蝕減薄越少，諧振頻率越高，如若金屬管腐蝕減薄量越少，那么頻響曲線就向高頻方向移動。
[0018]被測管道其中一端接傳感器，另一端短路，在同軸圓柱諧振腔中傳播的電波是橫電磁波。其電場方向與同軸腔內(nèi)導(dǎo)體垂直；而在圓波導(dǎo)中的電場方向必須與圓波導(dǎo)內(nèi)壁垂直。當電波信號由同軸腔體接口激發(fā)圓波導(dǎo)時，根據(jù)理想金屬表面電場分布邊界條件，只有垂直分量存在，因此在圓波導(dǎo)內(nèi)的電場必定與同軸線內(nèi)導(dǎo)體平行。同理，以圓波導(dǎo)中的電場耦合到同軸線接口時，也只有與同軸線內(nèi)導(dǎo)體平行的電場才能輸入至同軸線。在圓波導(dǎo)中只能激勵出垂直電場，其方向與水平端口的同軸線內(nèi)導(dǎo)體垂直，因此收信信號不會進入發(fā)信端口，而只能送入垂直的收信端口，發(fā)信和收信端口又分別接同軸諧振腔和頻譜分析儀。根據(jù)金屬管道的邊界條件，由于水平極化波的電場方向與去耦板相平行，故不能通過去耦板，而垂直極化波則可以通過去耦板。
[0019]另外，為了消除極化分離器短路側(cè)的反射影響，極化分離器中應(yīng)使端口至短路側(cè)的距離為信號中心頻率的1/4波長。此時在端口等效的輸入阻抗為75歐，因而信號的能量將不會向極化分離器的短路側(cè)傳輸。由于在同軸波導(dǎo)中有TEM波存在的同時也存在無限多個TEn模和TMn，m模，必須從測量目的出發(fā)，結(jié)合不同探頭結(jié)構(gòu)，選擇出TEll模的工作模式和一定頻率的電磁波。TEOl模的場分量僅有Ηζ，Ηι.，ΕΦ，TM01模的場分量僅有Ez，Er，H Φ，場結(jié)構(gòu)簡單，均無極化簡并。根據(jù)各場分量的瞬時變化，在Z=O處的γΦ剖面和Φ為任意值處的rz剖面，可發(fā)現(xiàn)，TEOl模的電場在軸線和管壁之間較強，在管壁附近較弱^TMOl模除Ez分量外，管壁附近電場較強。顯然選擇TEOl模比較有利。此外，TEOl模在圓波導(dǎo)內(nèi)壁處的切向磁場只有Hz分量，故壁電流只有Jct分量，管道上的橫向接縫對波導(dǎo)中場的影響也比較小，最終選擇出TEll工作模式并確定一定頻率的激勵電磁波。完成電磁波的發(fā)射和檢測信號的接受。最后完成信號的處理、運算和輸出。
[0020]由于電磁波基本理論的復(fù)雜性，理論計算與正演模擬都是建立在近似基礎(chǔ)上的。隨著基本理論、儀器、數(shù)據(jù)處理技術(shù)的進一步發(fā)展及應(yīng)用，可及時通過該儀器的網(wǎng)絡(luò)接口，更新其軟件的更新版本。這種儀器的技術(shù)含量很高，一次測得管道腐蝕參數(shù)，且相關(guān)性好，時效性強，不存在多次測量容易產(chǎn)生誤差問題，有利于腐蝕減薄的準確解釋。儀器指標如下:I)測量腐蝕減薄范圍:3?80%; 2)平均靈敏度:I %/壁厚；3)精度:0.5%壁厚；4)適用溫度范圍:-25?85°C ; 5)供電電壓范圍:36?40VDC/100MA。
[0021]根據(jù)采用工作頻率，設(shè)計不同系列的口徑，以適用于不同口徑尺寸的被測傳熱金屬管。傳感器接口，通過電纜標準接插件進行電連接。在信號輸出器和采集信號輸入器中，由探針型轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)形式組成，實現(xiàn)從信號源來的能量向波導(dǎo)管的轉(zhuǎn)換；也從來自反射信號能量經(jīng)探針型換能器向同軸電纜的轉(zhuǎn)換。通過參數(shù)調(diào)整，使傳感器在工作頻帶內(nèi)達到有較好的匹配。
[0022]管道管口設(shè)計成適配的端口，用來完成導(dǎo)行波信號的發(fā)射和接收，經(jīng)嚴格精加工成平衡線式，解決了連接的平衡與非平衡的轉(zhuǎn)換，抑制了信號的干擾。采用頻率為47GHz左右的導(dǎo)行波在金屬管中傳播，形成一個諧振腔體。利用圓柱諧振腔原理對腐蝕減薄管子內(nèi)壁進行檢測。實測結(jié)果表明，管內(nèi)徑從17.06 mm (管壁厚度0.97 mm)厚度減薄量(3%t)，原來厚度(t=l mm),變?yōu)?.97 mm。這時諧振點在高頻處。隨著壁越減薄諧振點向低頻方頻移。用此方法可測得3%至80%的管壁減薄量。試驗結(jié)果說明該方法對于管壁減薄較敏感。
[0023]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.用于檢測管道內(nèi)壁腐蝕減薄的導(dǎo)行波檢測裝置，其特征在于，包括管眼傳感器、高頻信號收發(fā)處理器、短路器和頻譜分析儀器；所述管眼傳感器包括轉(zhuǎn)換器和探頭； 所述探頭與被測管道一端管口對接，被測管道另一端管口接短路器； 所述高頻信號收發(fā)處理器與轉(zhuǎn)換器連接，所述高頻信號收發(fā)處理器輸出導(dǎo)行波掃頻信號; 所述轉(zhuǎn)換器與探頭連接，所述轉(zhuǎn)換器將導(dǎo)行波掃頻信號轉(zhuǎn)換后通過探頭向被測管道內(nèi)發(fā)射導(dǎo)行波信號； 所述轉(zhuǎn)換器還與頻譜分析儀器連接，所述轉(zhuǎn)換器將被測管束返回的導(dǎo)行波信號傳輸?shù)筋l譜分析儀； 所述頻譜分析儀顯示出接收的導(dǎo)行波信號的頻域諧振頻幅響應(yīng)曲線。
2.用于檢測管道內(nèi)壁腐蝕減薄的導(dǎo)行波檢測方法，其特征在于，根據(jù)諧振腔體模型的原理，將被測管道當作圓柱同軸諧振腔進行腐蝕減薄量檢測；測定電磁導(dǎo)行波在被測管道中的諧振頻率，然后根據(jù)諧振頻率與同軸諧振腔軸向尺寸的線性關(guān)系，通過頻譜分析儀顯示的諧振曲線族測定管道內(nèi)壁腐蝕減薄的量值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于檢測管道內(nèi)壁腐蝕減薄的導(dǎo)行波檢測方法，其特征在于，包括如下步驟: 將與被測管道管口口徑相匹配的傳感器探頭插入被測管道管口； 高頻信號收發(fā)處理器輸出導(dǎo)行波掃頻信號，經(jīng)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后利用探頭向被測管道內(nèi)發(fā)射導(dǎo)行波信號，同時轉(zhuǎn)換器將被測管束返回的導(dǎo)行波信號傳輸?shù)筋l譜分析儀； 頻譜分析儀顯示出接收的導(dǎo)行波信號的頻域諧振頻幅響應(yīng)曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于檢測管道內(nèi)壁腐蝕減薄的導(dǎo)行波檢測方法，其特征在于，測量管道減薄量的公式為:2R=(2n-l)c/4f，式中2R為圓柱同軸諧振腔內(nèi)徑尺寸，f為諧振頻率。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于檢測管道內(nèi)壁腐蝕減薄的導(dǎo)行波檢測裝置，包括管眼傳感器、高頻信號收發(fā)處理器、短路器和頻譜分析儀器；所述管眼傳感器包括轉(zhuǎn)換器和探頭。本發(fā)明還公開了一種用于檢測管道內(nèi)壁腐蝕減薄的導(dǎo)行波檢測方法，根據(jù)諧振腔體模型的原理，將被測管道當作圓柱同軸諧振腔進行腐蝕減薄量檢測；測定電磁導(dǎo)行波在被測管道中的諧振頻率，然后根據(jù)諧振頻率與同軸諧振腔軸向尺寸的線性關(guān)系，通過頻譜分析儀顯示的諧振曲線族測定管道內(nèi)壁腐蝕減薄的量值。本發(fā)明可方便快速地確定管道減薄量，有效地確定腐蝕程度的大小。
【IPC分類】G01N27-72
【公開號】CN104569138
【申請?zhí)枴緾N201410809188
【發(fā)明人】王彩男
【申請人】蘇州華亞電訊設(shè)備有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月24日