基于电磁超声换能器阵列的管道螺旋导波传播规律研究

螺旋导波因在管道超声导波层析成像中的巨大应用价值,近年来受到研究者们的重视.阐述管道螺旋导波的激发/接收条件、传播路径和波前形状等规律.建立FE模型,研究由圆环波前S0模态兰姆波在管道上形成螺旋导波的过程.组建了双环24阵元的电磁超声换能器阵列及试验系统,170 kHz下激发圆环波前S0模态兰姆波在管道中产生螺旋导波,试验研究了激励源所在圆周及管段上的波动场信号特征.仿真和试验结果表明,管道螺旋导波实质上是兰姆波在曲面上的传播形态,可由管道某处点源激发兰姆波产生,主要存在于波动场的近场.由于管道结构的封闭性,兰姆波的波前在管道上反复交叉前行,形成了螺旋传播路径.从波源到管道上任意一点的螺旋导波传播路径有无数条,各阶螺旋角不连续.利用螺旋导波进行管段检测提供了缺陷的多角度入射信息,对缺陷高分辨率检测具有重要意义.