仪器仪表学报

作者：李蓉雪，杨理践，刘斌，廉正，刘飞云

单位：李蓉雪,沈阳工业大学信息科学与工程学院沈阳110870,,杨理践,沈阳工业大学信息科学与工程学院沈阳110870,yanglijian888@163.com,刘斌,沈阳工业大学信息科学与工程学院沈阳110870,,廉正,沈阳工业大学信息科学与工程学院沈阳110870,,刘飞云,沈阳工业大学信息科学与工程学院沈阳110870,

关键词：高压天然气;管道检测;声谐振;传播距离

基金：国家自然科学基金重点项目（62531017）、国家自然科学基金面上项目（62371315）资助

超声检测技术虽在管道完整性评估中具有高精度优势，但其对液体耦合剂的依赖性严重制约了在天然气管道环境中的应用。针对高压天然气管道中气-固界面声阻抗严重失配导致的超声波能量透射困难问题，提出了一种基于声谐振原理的高压气体耦合超声检测方法。通过结合Redlich?Kwong状态方程与超声波在多层介质中的传播理论，构建了高压环境下的超声谐振反射理论模型。该模型引入复波数以表征声衰减，系统揭示了压强对气体声学特性及谐振响应的影响机制，并推导了介质阻尼所致谐振频率偏移的解析表达式。通过仿真分析，量化了压强、传播距离、壁厚及谐振阶次对谐振频率的耦合影响；在此基础上，搭建高压实验平台，以氮气为等效介质完成实验验证。仿真与实验结果表明，当压强升至1MPa时，气体声阻抗显著提高；当压强达到3MPa后，接收到的谐振信号幅值增强约69dB，并可稳定激发多阶谐振模态。在此条件下，对6.2~8.2mm厚度钢板的测厚误差<0.15mm，且在40~100mm传播距离范围内谐振信号波动幅值<1V，表明了该方法对提离距离变化具有良好的适应性。研究验证了声谐振在高压天然气管道壁厚检测中的准确性与可靠性，突破了传统脉冲反射法在高压气体环境中的精度瓶颈，为输气管道无损检测提供了新的理论基础与实验支撑。

来源：2026年第2期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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