Page 123 - 无损检测2024年第十一期

左万君，等：

管道超声导波检测技术研究进展

行单点激励，诱导颗粒振动，实现对被测构件的全面 较低，在特定位置安装换能器即可进行检测，方便且
覆盖检测。 易操作。
（2）长距离检测。针对材料属性，选择合适的
2 超声导波换能器的研究进展
导波模态，能够减小导波衰减。更小的衰减意味着
导波能够在材料中传播的距离更远，从而能够在不 管道超声导波检测系统主要包括换能器及其阵
移动设备的情况下实现长距离检测。 列、硬件系统和软件系统，其结构框架示意如图7所
（3）缺陷适应性强。超声导波具有多模态特 示。在超声导波检测过程中，导波的频散和多模态
性，适用于检测各种不同类型的缺陷。通过控制 特性使得导波模态转换、波形变宽以及信噪比降低
导波的模态和频率可以对不同类型的缺陷进行检 等问题普遍存在，因此，精确选择激发和接收导波的
测，提高检测精度的同时还能获取多维度的检测 换能器具有重要作用。根据其传导机理，换能器主
信息。 要分为压电换能器 [20] 、磁致伸缩换能器 [21] 、电磁声换
（4）检测效率高。超声导波检测技术成本相对 能器 [22] 和激光换能器 [23] 。

图 7 超声导波检测系统结构框架示意

2.1 压电换能器 层的影响等方面。MIAO等 [24] 发现当d24压电单元
激励导波的两种传统压电换能器包括斜入式换 数量略大于最大周向弯曲模态时，压电环便可以激
能器和梳状换能器，其发射原理如图8所示。斜入 发单个T(0，1)模态导波。PZT换能器的温度敏感
式换能器通过有机玻璃楔块来激励导波，其中楔块 性和电极连接的可靠性问题是目前研究中面临的挑
使得L波以一定角度入射到板结构中。梳状换能器 战。PZT材料对温度变化较为敏感，因此需要在一
由一系列排列成梳齿状的压电元件组成，能够产生 定温度范围内工作。此外，在高频、高压应用环境中，
相位同步的导波。目前常用的压电换能器包括锆钛 PZT材料与电极连接的质量和耐久性限制了换能器
酸铅（PZT）换能器和聚偏氟乙烯薄膜（PVDF）换 的可靠性和使用寿命。
能器。 PVDF换能器主要通过聚偏氟乙烯材料的压
PZT换能器利用压电陶瓷材料的逆压电效应产 电效应进行能量转换来激励导波。PVDF材料具
生高频振动，从而激励超声导波。PZT的研究主要 有很高的柔性，可以弯曲和变形，可应用在曲线或
集中在开发特定导波模态激发的换能器和研究耦合 复杂形状的结构中，因此该材料可灵活定制电极以

图 8 斜入式换能器和梳状换能器导波发射原理示意
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2024 年 第 46 卷 第 11 期
无损检测