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Aplicación del amplificador de potencia de RF en el experimento de ensayo de ondas guiadas de un solo defecto

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Nombre del experimento: Experimento de prueba de ondas guiadas con un solo defectoEnfoque de la investigación: Transporte por tuberías

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Nombre del experimento: Experimento de ensayo de ondas guiadas con un solo defecto

Enfoque de la investigación: El transporte por tuberías desempeña un papel indispensable en la economía nacional actual y en los sectores de transporte industrial, ofreciendo ventajas económicas, eficientes y seguras. Sin embargo, las tuberías no están exentas de mantenimiento durante el servicio. Con el tiempo o debido a defectos de fabricación, las tuberías pueden desarrollar fallos que, en última instancia, provocan incidentes de seguridad. Por lo tanto, la mejora de las técnicas existentes de detección de defectos en las tuberías y la investigación de nuevos métodos son de gran importancia para garantizar el funcionamiento fiable de los sistemas de transporte por tuberías.

Las ondas ultrasónicas guiadas se han estudiado ampliamente para la inspección de tuberías de corta y larga distancia debido a sus ventajas únicas y se han convertido en un importante método de detección de defectos. Este artículo investiga el efecto de enfoque de la detección de ondas guiadas con inversión de tiempo mediante análisis teóricos, simulación numérica y validación experimental basada en la influencia de diferentes parámetros. El contenido específico de la investigación se divide en las tres partes siguientes:

En primer lugar, para las señales de inversión temporal que contienen diferente información modal de los defectos, se exploraron los efectos de enfoque bajo diferentes anchos de ventana temporal, sentando las bases para investigaciones posteriores. Se realizaron pruebas de ondas guiadas directas y pruebas de ondas guiadas inversas en el tiempo en tuberías con defectos de grietas en diferentes ángulos circunferenciales, profundidades radiales y longitudes axiales. Los resultados se compararon para investigar la influencia de los cambios de parámetros en la detección de ondas guiadas y el enfoque de inversión temporal. Basándose en el modelo de un solo defecto, se estableció una tubería que contenía defectos dobles para estudiar los efectos de focalización en el defecto 1 y el defecto 2, y la influencia de las diferentes separaciones axiales y ángulos circunferenciales entre los defectos dobles en la forma de onda, el modo y la amplitud tras la inversión temporal.

En segundo lugar, para abordar situaciones en las que la tubería está parcialmente expuesta o resulta difícil garantizar un acoplamiento completo entre el transductor y la tubería durante la inspección real, se propuso un método de detección de ondas guiadas con inversión temporal de carga parcial. Este método selecciona las posiciones y los números de canales adecuados para la carga inversa en el tiempo durante la excitación secundaria basándose en los datos de desplazamiento recibidos de cada canal en la detección directa de ondas guiadas. Se analizó la interacción entre las ondas guiadas y los defectos individuales, se estudió la distribución circunferencial de la energía del defecto y, a partir de ahí, utilizando la energía, la tasa de reflexión del defecto, etc., como indicadores, se diseñaron esquemas para explorar cómo los cambios en el número y la posición de los canales afectan al efecto de enfoque.

Por último, se instaló un sistema experimental para detectar defectos en una tubería real, determinar la posición axial del defecto y compararla con la posición real y los resultados de la simulación. Se verificó el efecto de enfoque bajo anchuras de ventana cambiantes utilizando una combinación de experimento y simulación numérica, y se validó la viabilidad para defectos en diferentes ángulos circunferenciales, diferentes profundidades radiales y carga parcial.

Objetivo experimental: Mejorar la precisión de detección de pequeños defectos en tuberías, y sentar las bases para una aplicación más rápida de la prueba de inversión temporal de ondas guiadas ultrasónicas en la ingeniería de inspección práctica, adaptándose al problema del acoplamiento incompleto del transductor durante los procesos de detección reales.

Equipo de ensayo: Generador de forma de onda arbitraria, amplificador de potencia RF ATA-8202, conmutador transceptor, preamplificador ATA-5320, osciloscopio digital.

Proceso experimental: El amplificador de potencia de RF ATA-8202 cuenta con una pantalla de panel LCD, funciona en modo Clase A y ofrece ventajas como alta linealidad, baja distorsión, larga vida útil y rendimiento estable. Tiene una potencia de salida saturada de 200 W, una ganancia de potencia de 47 dB y ajuste de ganancia en pasos de 0,5 dB. Durante el experimento, la señal de excitación seleccionada se mantuvo coherente con la simulación de elementos finitos. Dieciséis transductores piezoeléctricos de expansión longitudinal dispuestos uniformemente alrededor del extremo del tubo, combinados con un interruptor transceptor, realizaron las funciones de transmisión y recepción de la señal. La señal de pulso modulada generada por el generador de forma de onda, tras ser realzada por el amplificador de potencia, lograba una carga axial en los transductores, excitando así la generación de ondas guiadas de modo longitudinal. Estas señales de ondas guiadas se propagaron a lo largo del eje de la tubería, interactuaron con los defectos de la tubería y generaron ondas reflejadas y transmitidas. Posteriormente, las señales de eco reflejadas eran recapturadas por los transductores y convertidas en señales eléctricas débiles. Esta señal era amplificada por el preamplificador y transmitida al osciloscopio para su registro. Por último, este proceso de detección se visualizaba en tiempo real en el ordenador central.

Plataforma experimental y montaje

Figura 1-1: Plataforma experimental y montaje

Resultados experimentales: Este experimento estableció un sistema de detección de defectos en tuberías por ondas guiadas ultrasónicas. La detección directa por ondas guiadas y la detección por ondas guiadas inversas en el tiempo se realizaron en una tubería con defectos de corrosión, y se validó experimentalmente la detección por ondas guiadas de carga parcial. Se extrajeron las siguientes conclusiones
(1) El posicionamiento axial de los defectos de corrosión en la tubería utilizando la detección por ondas guiadas es relativamente preciso con pequeños errores. Las ondas guiadas ultrasónicas pueden detectar eficazmente los defectos de corrosión en las tuberías.
(2) La tasa de reflexión de defectos en la detección de ondas guiadas de inversión temporal aumenta con la ampliación de la ventana de inversión temporal, en consonancia con las conclusiones de la simulación.
(3) A medida que aumenta la densidad de las picaduras, aumentan los índices de reflexión de defectos tanto para la detección directa por ondas guiadas como para la detección por ondas guiadas inversas en el tiempo, observándose una mejora más significativa para los defectos de corrosión más pequeños.
(4) Cuando el ángulo de carga circunferencial es pequeño, se excitan más modos de onda guiada no axisimétricos. Tras la interacción con el defecto, la composición modal se vuelve más compleja, lo que dificulta la identificación del paquete de ondas del defecto.

Señales experimentales para diferentes posiciones de carga

Figura: Señales experimentales para diferentes posiciones de carga

Resultados experimentales de detección de defectos con diferentes densidades de picaduras

Figura: Resultados experimentales de detección de defectos con diferentes densidades de picaduras

Recomendación de producto: Amplificador de potencia RF serie ATA-8000

Especificaciones y parámetros del amplificador de potencia de RF serie ATA-8000

Figura: Especificaciones y parámetros del amplificador de potencia de RF serie ATA-8000

Este documento ha sido compilado y publicado por Aigtek. Para más casos e información detallada del producto, por favor continúe siguiéndonos. Xi'an Aigtek se ha convertido en un proveedor de instrumentos y equipos a gran escala con una amplia gama de líneas de productos en la industria. Las unidades de demostración están disponibles para su prueba gratuita.

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