[发明专利]一种充液管道中泥沙含量检测的方法

说明书

本发明公开了一种充液管道中泥沙含量检测的方法，包括以下步骤：1）建立含泥沙的充液管道模型，根据模型的位移与势函数的关系、应力与势函数的关系以及充液管道界面的边界条件，推导出该模型中导波的频散方程；2）对导波的频散方程进行分析，得出模型下的声速表达式；3）通过有限元仿真软件仿真得出理论上不同泥沙含量对应的理论频散曲线，理论频散曲线表示了理论上不同泥沙含量与不同声速的对应关系；4）通过仪器设备对被测管道进行实际测量，向被测管道激发超声导波获得实测数据，从实测数据中确定实际频散曲线；5）将实际频散曲线与理论频散曲线进行对比，判断出实测泥沙含量。能更好地得到充液管道中泥沙含量的情况。

技术领域

本发明涉及一种检测方法，特别是涉及一种充液管道中泥沙含量检测的方法，属于超声无损检测技术领域。

背景技术

随着超声技术的发展，超声检测在工程领域的应用越来越频繁。管道作为五大运输工具之一，在运送液体、气体、浆液等方面具有特殊的优势。充液管道的检测是石油、化工及电力等部门中密切关注的问题，也是一大难题。采用超声导波法进行管道质量检测的研究过程中，研究超声导波在该结构中的传播特性将为检测提供理论参考。同时在实验管道中加入泥沙等杂质，会符合实际情况；有的实验管道是充入泥浆，泥浆管道的泄漏检测也值得研究。泥沙问题已经成为了影响我国经济生产建设诸多领域的重要因素之一，直接影响到河流的通航、供水以及流域生态环境各个方面。

目前的泥沙含量检测法有：

(1)激光法：激光法是利用光在水体中传播时由于泥沙颗粒散射、衍射、吸收等原因，造成光强度上一定程度的衰减，通过对其衰减系数的测定，进而得到水体中泥沙含量等诸多信息。

(2)红外线法：红外线法是基于光与泥沙颗粒相互作用的关系，通过建立不同的泥沙含量与反射光产生的电压信号强度的对应关系，测定给定系统的电压输出，达到预测泥沙含量的目标。

(3)超声波法：现有的利用超声波对含泥沙充液管道的检测主要利用SH波、导波、界面波这几种声波模式。由于SH波难以激发，界面波的产生也需要满足特定的参数条件，而管道中导波的模态丰富且容易产生。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种充液管道中泥沙含量检测的方法，能够对含泥沙管道中的泥沙含量进行更好地检测。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种充液管道中泥沙含量检测的方法，包括以下步骤：

1)建立含泥沙的充液管道模型，根据模型的位移与势函数的关系、应力与势函数的关系以及充液管道界面的边界条件，推导出该模型中导波的频散方程；

2)对导波的频散方程进行分析，得出模型下的声速表达式；

3)通过有限元仿真软件仿真得出理论上不同泥沙含量对应的理论频散曲线，理论频散曲线表示了理论上不同泥沙含量与不同声速的对应关系；

4)通过仪器设备对被测管道进行实际测量，向被测管道激发超声导波获得实测数据，从实测数据中确定实际频散曲线；

5)将实际频散曲线与理论频散曲线进行对比，判断与实测的声速相对应的理论泥沙含量即为实测泥沙含量。

本发明进一步设置为：所述步骤1)的推导出该模型中导波的频散方程，具体为，

将模型的位移场u分解为标量势φ和矢量势H，并且为拉普拉斯算子，则得式(1)，

只考虑纵向轴对称模态，则矢量势H的径向分量和轴向分量均为0；

只保留矢量势H的轴向分量H_θ，且该轴向分量H_θ为r、z和t的函数，r为半径，z为径向方向，t为时间，则得式(2)，