环向偏角状态下超声内检测探头阵列声场模拟分析

压电超声内检测器检测含缺陷管道时,压电晶片加工、探头装配、管道几何结构不标准会导致探头与被检测管道处于环向偏转状态,对检测精度有显著干扰。基于超声内检测实验条件,采用COMSOL软件在0°~5°范围内建立环向偏角状态下的探头阵列声场有限元分析模型,研究环向偏角对声场特性的影响规律。结果表明:探头表面处声功率的模拟与实验数据最大偏差为1.54%,精度满足研究需求;随环向偏角增大,缺陷表面回波的声功率在0°~1°范围内锐减、在1°~5°范围内呈指数式递减;探头有效检测的临界环向偏角值为5.66°,大于工程上可能出现的最大偏角3.97°,该型检测器在工程应用时环向偏角不会导致检测盲区。

管道在超声内检测声场作用下的PZT电信号模拟

管道缺陷与检测信号之间的精确关联是超声内检测回波信号分析的关键,而检测时声电信号在发射、传播、接收过程中的敏感性为关联的精确度带来极大挑战,通过数值模拟分析PZT(Lead Zirconate Titanate)正压电效应是研究检测信号特征的有效途径。采用COMSOL软件建立探头的有限元分析模型,从探头阵列声场模拟结果中提取回波数据作为模型的初始激励载荷进行模拟,并利用超声内检测实验结果对比验证了有限元模型的准确性。结果表明:表面回波与一次底面回波最大峰值之比的模拟结果与实测数据误差为1.36%,可见新建模型精度较高;内壁面缺陷深度对PZT电信号频谱图中二峰幅值有显著影响,二者之间可建立有效关联;基于电信号模拟结果,在回波时域图中提取表面回波最大波谷点、一次底面回波的最大波峰点为特征点,则管道壁厚检测结果的最大误差仅为3.95%。研究结果可为超声内检测器国产化提供参考。