米字梁聲檢波器設(shè)計(jì)及在管道內(nèi)檢測(cè)器地面標(biāo)記中的應(yīng)用研究.pdf

1、管道運(yùn)輸以其密閉、安全、不間斷、成本低廉等優(yōu)勢(shì)成為世界范圍內(nèi)油氣資源運(yùn)輸?shù)闹饕绞?。在管道運(yùn)行過(guò)程中管道壁被腐蝕引起的管道泄漏是各類(lèi)管道事故的主要誘因，管道內(nèi)檢測(cè)器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是目前使用最為廣泛的管道壁腐蝕檢測(cè)手段。管道內(nèi)檢測(cè)器作業(yè)時(shí)通過(guò)對(duì)自身行進(jìn)距離的測(cè)量建立距離和缺陷信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為管道維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。內(nèi)檢測(cè)器對(duì)其運(yùn)行距離的測(cè)量誤差會(huì)隨著管道長(zhǎng)度的增加而不斷累積，最終將使得對(duì)管道壁缺陷的定位失去實(shí)際意義。因此對(duì)管道進(jìn)行內(nèi)檢測(cè)時(shí)，

2、通常采用地面標(biāo)記技術(shù)每隔一段距離對(duì)內(nèi)檢測(cè)器的位置信息進(jìn)行一次重新標(biāo)記，修正內(nèi)檢測(cè)器的距離測(cè)量結(jié)果，確保對(duì)管壁缺陷信息的定位精度。
　　針對(duì)內(nèi)檢測(cè)器地面標(biāo)記的工程需求，本文研究設(shè)計(jì)了一種利用聲學(xué)原理進(jìn)行地面標(biāo)記的米字梁多軸聲檢波器，該檢波器結(jié)合仿生原理和壓阻效應(yīng)采用MEMS工藝設(shè)計(jì)而成。論文在研究?jī)?nèi)檢測(cè)器運(yùn)行過(guò)程中發(fā)聲來(lái)源和土介質(zhì)中聲波的傳播規(guī)律的基礎(chǔ)上，圍繞米字梁檢波器的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹了米字梁檢波器的仿生機(jī)理和拾振原理，對(duì)建立的米

3、字梁微結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了有限元仿真，確定了微結(jié)構(gòu)的幾何尺寸和微加工工藝流程；設(shè)計(jì)了包括電源模塊、前置放大電路和濾波電路的信號(hào)調(diào)理電路，并對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了封裝，制作完成了米字梁聲檢波器的模型樣機(jī)。在實(shí)驗(yàn)室對(duì)米字梁檢波器的靈敏度和指向性進(jìn)行了振動(dòng)臺(tái)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明該檢波器靈敏度約為60mV/g，同時(shí)具有良好的8字余弦指向性。
　　在完成米字梁檢波器實(shí)驗(yàn)室性能測(cè)試后，針對(duì)地面標(biāo)記的具體應(yīng)用環(huán)境對(duì)米字梁檢波器在土介質(zhì)中的聲信號(hào)獲取能力和定向

4、能力又進(jìn)行了實(shí)地測(cè)試。測(cè)試過(guò)程中為了增加檢波器和土介質(zhì)的耦合程度，提出了一種三尾椎耦合架裝置，試驗(yàn)結(jié)果表明該耦合裝置可以有效提高檢波器在土介質(zhì)中采集信號(hào)的靈敏度和信噪比，檢波器的聲源定向誤差因此減小2°。針對(duì)米字梁聲檢波器一個(gè)結(jié)構(gòu)、多路輸出的特點(diǎn)，本文研究了一種利用正交兩路輸出信號(hào)比值確定內(nèi)檢測(cè)器經(jīng)過(guò)標(biāo)記點(diǎn)時(shí)間以及通過(guò)雙坐標(biāo)對(duì)半平面內(nèi)聲源進(jìn)行方位估計(jì)的新思路。
　　本文最后搭建管道內(nèi)檢測(cè)器地面標(biāo)記的模擬試驗(yàn)裝置對(duì)設(shè)計(jì)的檢波器結(jié)構(gòu)以