一種管道固有頻率的測(cè)量方法及測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)損檢測(cè)設(shè)備領(lǐng)域，更具體地，涉及一種管道固有頻率的測(cè)量方法及測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]管道被廣泛的應(yīng)用于給水、排水、供熱、供煤氣、長(zhǎng)距離輸送石油和天然氣、農(nóng)業(yè)灌溉、水力工程和各種工業(yè)裝置中。流體介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)會(huì)引起管道的振動(dòng)，造成連接部件的磨損。長(zhǎng)此以往容易引起泄漏.且有些介質(zhì)具有爆炸危險(xiǎn)性、毒性或?qū)Νh(huán)境有破壞性，一旦泄漏將會(huì)造成人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境污染及其他巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
[0003]在進(jìn)行管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，固有頻率是一個(gè)十分重要的物理量，特別是對(duì)于有限長(zhǎng)的管道，如炮管、換熱管等。在某一設(shè)定數(shù)值的頻率附近，管道有多個(gè)固定頻率。
[0004]管殼式換熱器由于振動(dòng)引起的破壞會(huì)導(dǎo)致設(shè)備最終失效報(bào)廢，而無(wú)論是在設(shè)計(jì)階段避免振動(dòng)，還是研宄管束振動(dòng)原因，都需要首先獲得換熱管的固有頻率。火炮作為一種復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，其發(fā)射過(guò)程中由于高溫高壓火藥氣體的作用，使得彈丸在膛內(nèi)的高速運(yùn)動(dòng)具有瞬時(shí)沖擊特性，同時(shí)考慮到各運(yùn)動(dòng)部件伴隨的慣性力作用，全炮必會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)現(xiàn)象?；鹋诘纳鋼艟仍诤艽蟪潭壬先Q于良好的射彈初始條件，而發(fā)射時(shí)身管的振動(dòng)破壞了原有的射彈初始條件，必將造成射擊精度的下降因此為提高射擊精度，優(yōu)化射擊性能，設(shè)計(jì)時(shí)有必要獲得炮管的固有頻率。
[0005]“錘擊法”激振方法由于簡(jiǎn)單方便在模態(tài)試驗(yàn)中得到廣泛應(yīng)用。錘擊法使用帶有力傳感器的敲擊錘，全憑試驗(yàn)者熟練的手法，另外激勵(lì)的頻帶范圍一般較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種管道固有頻率的測(cè)量方法及測(cè)量系統(tǒng)，其基于磁致伸縮效應(yīng)在管道中激勵(lì)的彈性波在頻率、能量上具有很好的可控性，同時(shí)重復(fù)測(cè)量效果較好，因此可利用磁致伸縮導(dǎo)波激勵(lì)和接收方法實(shí)現(xiàn)管道固有頻率的快速測(cè)量。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種管道固有頻率的測(cè)量方法，包括以下步驟:
[0008]I)將激勵(lì)傳感器和接收傳感器分別安裝在待測(cè)管道上；
[0009]2)根據(jù)所需固有頻率的數(shù)值范圍確定激勵(lì)頻率，設(shè)置激勵(lì)時(shí)長(zhǎng)h和測(cè)量時(shí)長(zhǎng)t 2，其中 t2^ 2t 1；
[0010]3)激勵(lì)傳感器在管道上進(jìn)行激勵(lì)，通過(guò)接收傳感器獲取檢測(cè)信號(hào)的時(shí)域波形圖；
[0011]4)通過(guò)時(shí)域波形圖計(jì)算檢測(cè)信號(hào)在時(shí)間區(qū)間[tp t2]或[0，tj或[0，t2]上的幅值譜，獲取檢測(cè)信號(hào)的幅值譜；
[0012]5)根據(jù)幅值譜的幅值，獲取待測(cè)管道的固有頻率。
[0013]優(yōu)選地，所述激勵(lì)傳感器包括激勵(lì)線圈和第一偏置線圈，所述激勵(lì)線圈的外徑小于第一偏置線圈的內(nèi)徑且其位于第一偏置線圈所圍區(qū)域內(nèi)，所示激勵(lì)線圈通過(guò)連續(xù)波功率放大器連接信號(hào)發(fā)生器，所述第一偏置線圈連接直流電源。
[0014]優(yōu)選地，所述接收傳感器包括接收線圈和第二偏置線圈，所述接收線圈的外徑小于第二偏置線圈的內(nèi)徑且其位于第二偏置線圈所圍區(qū)域內(nèi)，所述接收線圈連接信號(hào)放大濾波器，所述第二偏置線圈連接直流電源。
[0015]優(yōu)選地，h的取值范圍為[10ms, 1000ms]。
[0016]優(yōu)選地，t2的取值范圍為[20ms，2000ms]。
[0017]優(yōu)選地，激勵(lì)頻率的取值范圍為[1Hz，IMHz]。
[0018]一種管道固有頻率的測(cè)量系統(tǒng)，包括信號(hào)發(fā)生器、連續(xù)波功率放大器、激勵(lì)傳感器、接收傳感器、信號(hào)放大濾波器、數(shù)據(jù)采集模塊和計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)上分別連接信號(hào)發(fā)生器和數(shù)據(jù)處理模塊，所述信號(hào)發(fā)生器上依次連接連續(xù)波功率放大器和激勵(lì)傳感器，所述數(shù)據(jù)采集模塊上依次連接信號(hào)放大濾波器和接收傳感器，其中，
[0019]信號(hào)發(fā)生器，由計(jì)算機(jī)控制產(chǎn)生連續(xù)正弦電流信號(hào)；
[0020]連續(xù)波功率放大器，用于放大信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的連續(xù)正弦電流信號(hào)并輸入激勵(lì)傳感器；
[0021]激勵(lì)傳感器，用于在管道中產(chǎn)生超聲導(dǎo)波，實(shí)現(xiàn)電磁-聲的轉(zhuǎn)換；
[0022]接收傳感器，用于在接收線圈中引起感應(yīng)電壓的變化，產(chǎn)生電信號(hào)；
[0023]信號(hào)放大濾波器，用于對(duì)接收傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行放大濾波；
[0024]數(shù)據(jù)采集模塊，用于對(duì)經(jīng)過(guò)放大濾波處理的電信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，獲取檢測(cè)信號(hào)并傳送給計(jì)算機(jī)；
[0025]計(jì)算機(jī)，用于接收數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送的檢測(cè)信號(hào)并對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，獲取管道的固有頻率。
[0026]優(yōu)選地，所述激勵(lì)傳感器包括激勵(lì)線圈和第一偏置線圈，所述激勵(lì)線圈的外徑小于第一偏置線圈的內(nèi)徑且其位于第一偏置線圈所圍區(qū)域內(nèi)，所述激勵(lì)線圈通過(guò)連續(xù)波功率放大器連接信號(hào)發(fā)生器，所述第一偏置線圈連接直流電源。
[0027]優(yōu)選地，所述接收傳感器包括接收線圈和第二偏置線圈，所述接收線圈的外徑小于第二偏置線圈的內(nèi)徑且其位于第二偏置線圈所圍區(qū)域內(nèi)，所述接收線圈連接信號(hào)放大濾波器，所述第二偏置線圈連接直流電源。
[0028]總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果:
[0029]I)本發(fā)明有別于常規(guī)脈沖回波檢測(cè)方式，其能將激勵(lì)周期由幾個(gè)提高到上千個(gè)甚至上萬(wàn)個(gè)，整個(gè)管道進(jìn)入穩(wěn)定振動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，獲取管道固有頻率;
[0030]2)本發(fā)明有別于傳統(tǒng)故障診斷中低階固有頻率的方法，其導(dǎo)波激勵(lì)頻率能達(dá)到I兆赫茲以上，可以獲取管道高階固有頻率，因此本發(fā)明為方便獲取構(gòu)件高階固有頻率提供了一種快速測(cè)量手段；
[0031]3)本發(fā)明可以根據(jù)具體需求，選擇合適的激勵(lì)頻率，以獲取激勵(lì)頻率附近的管道固有頻率，適用于工程應(yīng)用中獲取管道特定頻率范圍的固有頻率；
[0032]4)本發(fā)明基于磁致伸縮效應(yīng)的導(dǎo)波檢測(cè)方法，忽略檢測(cè)傳感器對(duì)管道振動(dòng)情況的影響，提高檢測(cè)準(zhǔn)確度和可重復(fù)性；
[0033]5)本發(fā)明采用多周期的導(dǎo)波激勵(lì)信號(hào)，輸入能量大，適用于能量衰減大工況下的管道檢測(cè)，例如積水、淤泥等。
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的基于磁致伸縮效應(yīng)獲取管道固有頻率的方法流程圖；
[0035]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于磁致伸縮效應(yīng)的管道固有頻率測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0036]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于管道固有頻率測(cè)量的傳感器布置示意圖；
[0037]圖4為使用本發(fā)明實(shí)施例提供的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)激勵(lì)頻率為20kHz獲得的信號(hào)時(shí)域波形圖；
[0038]圖5為使用本發(fā)明實(shí)施例提供的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)激勵(lì)頻率為20kHz時(shí)間段[70，140ms]頻域波形圖；
[0039]圖6為使用本發(fā)明實(shí)施例提供的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)激勵(lì)頻率為20kHz時(shí)間段[O, 70ms]頻域波形圖；
[0040]圖7為使用本發(fā)明實(shí)施例提供的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)激勵(lì)頻率為20kHz時(shí)間段[O, 140ms]頻域波形圖；
[0041]圖8為使用本發(fā)明實(shí)施例提供的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)激勵(lì)頻率為10kHz獲得的信號(hào)時(shí)域波形圖；
[0042]圖9為使用本發(fā)明實(shí)施例提供的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)激勵(lì)頻率為10kHz時(shí)間段[30，80ms]頻域波形圖；
[0043]圖10為使用本發(fā)明實(shí)施例提供的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)激勵(lì)頻率為10kHz時(shí)間段[O, 30ms]頻域波形圖；
[0044]圖11為使用本發(fā)明實(shí)施例提供的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)激勵(lì)頻率為10kHz時(shí)間段[O, 80ms]頻域波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0046]如圖1所示，一種管道固有頻率的測(cè)量方法，包括以下步驟:
[0047]I)將激勵(lì)傳感器和接收傳感器分別安裝在待測(cè)管道上。優(yōu)選地，所述激勵(lì)傳感器包括激勵(lì)線圈I和第一偏置線圈2，所述激勵(lì)線圈I的外徑小于第一偏置線圈2的內(nèi)徑，所述激勵(lì)線圈I通過(guò)連續(xù)波功率放大器連接信號(hào)發(fā)生器，所述第一偏置線圈2連接直流電源；優(yōu)選地，所述接收傳感器包括接收線圈3和第二偏置線圈4，所述接收線圈3的外徑小于第二偏置線圈4的內(nèi)徑，所述接收線圈3與所述的信號(hào)放大濾波器連接，所述第二偏置線圈4連接直流電源。
[0048]2)根據(jù)所需固有頻率的數(shù)值范圍確定激勵(lì)頻率，設(shè)置激勵(lì)時(shí)長(zhǎng)^和測(cè)量時(shí)長(zhǎng)t2，其中t2> 2t1;t2> 2t丨可以確保管道振動(dòng)衰減完全以獲取準(zhǔn)確的檢測(cè)信號(hào)，優(yōu)選地，激勵(lì)頻率的取值范圍為[1Hz，1MHz]，h的取值范圍為[10ms，1000ms], t2的取值范圍為[20ms, 2000ms]。取以上的數(shù)值范圍，可以確保管道振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
[0049]3)激勵(lì)傳感器在管道5上進(jìn)行激勵(lì)，通過(guò)接收傳感器獲取檢測(cè)信號(hào)的時(shí)域波形圖；
[0050]4)通過(guò)時(shí)域波形圖計(jì)算檢測(cè)信號(hào)在時(shí)間區(qū)間[tp t2]或[0，tj或[0，t2]上的幅值譜，獲取檢測(cè)信號(hào)的幅值譜；
[0051 ] 5)根據(jù)幅值譜的幅值，獲取待測(cè)管道5的固有頻率。
[0052]參照?qǐng)D2，一種管道固有頻率的測(cè)量系統(tǒng)，包括信號(hào)發(fā)生器、連續(xù)波功率放大器、激勵(lì)傳感器、