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阀门检测装置设计

时间:2018-01-25 点击: 次
  

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阀门声发射检测系统设计

天然气管道阀门内漏检测系统由硬件系统和分析软件两部分组成,硬件由声发射传感器、放大器、数据采集器组成,在功能上完成阀门内漏过程声发射信号的采集、放大、传输作用;软件部分负责对采集信号的分析与处理、确定阀门内漏程度以及对分析结果的显示、存储与打印。声发射检测过程可分为信号输入、数据分析及结果输出三个阶段。

声发射传感器不同于加速度传感器,它在收到应力波作用时通过压电晶片自身的谐振变形将待检测物体应力波转换为电压信号输出。声发射传感器按照结构可以划分为接触式和非接触式两种类型,由于阀门内漏过程喷流声发射信号十分微弱并伴随较强的环境噪声,为了提高检测的准确性和可靠性,本文采用SR40M谐振发射传感器,检测频率范围:15~70KHZ;谐振频率:40khz;灵敏度峰值不小于75DB。检测过程中将传感器接收面与待检测物体表面之间用耦合剂耦合后外加磁性夹具固定,以确保内漏源发出的声发射信号以弹性波的形式通过阀壁和耦合剂层时在最小损失的情况下传播到压电晶片上。压电晶片将弹性波转换成电压信号输出过程中,由于压电晶片产生的电荷量很小并且具有很高的内阻抗,因而为了输出压电晶片产生的微弱信号,需要在传感器后端安装输入阻抗较高的前置放大器将检测信号进行放大输出,本文采用前置放大器增益为40DB;输入阻抗大于50MΩ;输出阻抗:50Ω;输出电压:0~10V。数据采集器同样为声发射检测系统的重要组成部分之一,它可以有效地将经放大器放大后的模拟信号通过A/D转换器转化成二进制数字信号传输至上位机进行信号分析与处理。

本文采用美国mcc公司的采集器,可进行8路单端输入和4路差分输入,每秒最高可采一百万个样点,13位A/D转换,单端输入范围0~10v。

声发射信号分析方法及软件实现阀门内漏过程声发射信号本身具有不确定性、多样性及环境干扰大等特点,使得声发射特征信号处理与分析成为确定阀门内漏检测结果准确度的难点和瓶颈,笔者结合阀门内漏声发射特点采用小波分析的方法对检测信号进行变时窗分析,即对信号中的低频分量采用较宽的时窗,对高频分量采用较窄的时窗分析,同时提取声发射信号在不同频率范围内的时域信号特征参数和频域特征参数。具体分析过程为对声发射信号进行4层小波分解,共分解成5个频率带,对每一个频率带内的信号分别重构回原始信号,在时域范围内提取均方根值;在频率范围内提取频谱峰值。将特征参数同内漏率进行对比分析,建立对应关系模型。

在基于图形化编程语言下开发相应的声发射信号检测分析软件,软件包括数据采集模块、时域分析模块(时域图形、均方根值)、频域分析模块(幅值谱图、峰值)以及集成了对分析结果的显示、存储与打印功能。