探头间距对接收信号影响的检测

为了研究探头布置间距对炉管中超声导波检测能力的影响，选取激励信号为5周期，频率为500kHz，峰峰值为200mV，接收传感器布置于与激励传感器同一条母线上，探头间距为20～100cm，探头间距每变化5cm采集一次数据。由于差值法计算群速度具有更高测量精度^[49]，故利用差值法进行探头的移动比对试验。

图3-23 不同探头间距检测得到的群速度变化

（1）不同探头间距检测群速度的变化关系

通过不同探头布置间距时接收得到的时域信号图s中激励波形与接收波形的时间差Δt，以及波传播距离s，可以求得群速度，获得如图3-23所示17组数据。

对图3-23的群速度进行归一化处理得到表3-5，然后进行归一化处理计算得到的群速度在3300m/s左右，与文献^[49]中L（0，2）模态理论值4203m/s有27%的误差。误差原因主要有两个：一是单个斜探头非对称激励出的模态不全为L（0，2），还有其他模态杂波的影响，而不同模态的波其群速度是不同的；二是由于受探头性能的影响，激励出的信号频率与500kHz有所偏离，而从文献[49]知，相同模态不同频率的导波群速度是不相同。归纳误差原因是超声导波L（0，2）模态的频散特性。避免此类误差产生的最好方法是尽量数据在同一时间、同一位置取得，使采集的初始条件尽可能一致。

表3-5 不同探头间距检测得到的群速度变化归一化表

同时从图3-23和表3-5对比不同间距的群速度变化幅度，以偏差超过15%作为临界点，得到如下结果：激励信号为5周期，频率为500kHz，峰峰值为200mV，激励出的模态群速度盲区处于0～35cm之间。工程应用中，应尽量避免此检测间距。

图3-24 不同探头间距接收信号幅值变化(www.xing528.com)

（2）不同探头间距接收信号幅值变化关系

通过提取不同探头布置间距时接收得到的信号幅值变化如图3-24所示。对图3-24不同探头间距接收信号幅值变化中的幅值进行归一化处理后得到不同探头间距接收信号幅值变化归一化数值，见表3-6。

从图3-24不同探头间距接收信号幅值变化曲线和表3-6归一化处理后的幅值表可知：

表3-6 不同探头间距接收信号幅值变化归一化数值表

1）当探头间距在20～35cm时，幅值变化较大，误差在55.8%～20.5%，结合图3-24的群速度分析，可知该区域属于检测信号盲区，有各种杂波干扰，因此接收信号幅值误差较大。

2）当探头间距在40～45cm时接收信号幅值比较均一，各信号幅值误差在0%～5.3%，该误差属于工程领域可接受范畴，因此该探头布置间距认为是导波检测的最佳区域。

3）当探头间距在50～100cm时，误差在29.9%～57.2%，这是因为波幅随着传播距离的增加其幅度变小，能量减弱。因此，导波积炭检测不适合远距离检测。

综合以上结果分析可知，激励信号为5周期，频率为500kHz，峰峰值为200mV，激励出的L（0，2）模态的群速度检测区域为探头布置间距大于或等于35cm，而随着检测区域的增大，接收信号的幅值会逐渐减小，能量变弱。所以综合接收信号的群速度和幅值随探头间距的变化关系，有机热载体炉管中积炭层超声导波检测探头布置最佳检测距离为40cm。