基于声发射的压力容器健康监测技术研究

摘要

压力容器指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备，是一个涉及多行业、多学科的综合性产品，其建造技术涉及到冶金、机械加工、腐蚀与防腐、无损检测、安全防护等众多行业。压力容器作为一种可能引起中毒或爆炸等危害性较大事故的特种设备，当设备发生爆炸或破坏时，不仅会使设备本身遭到破坏，更为严重的后果是会波及周围建筑物和设施，危及人员生命安全，因此，对压力容器的检测比一般机械设备有更高的安全要求。
　　 声发射检测是一种动态无损检测方法，利用材料产生塑性变形或有裂纹形成与扩展时所引起的声反应变化对材料缺陷进行检测，本文以声发射技术为核心，搭建了多通道压力容器声发射监测系统。其中硬件部分包括声发射传感器、前置放大器和数据采集卡，软件部分则是采用LabVIEW为开发平台通过其提供的MATLABscript节点结合MATLAB软件混合编程，最终实现整个声发射缺陷监测系统的数据采集、数据存储、数据回放、缺陷报警、参数提取以及缺陷定位等功能。针对声发射源时差定位法，本文提出了一种基于Akaike信息准则和AR模型的声发射信号初至点检测方法，该方法克服了传统阈值法和AR-AIC法的误差，可以更为准确地提取信号的到达时间，提高定位精度。
　　 针对压力容器健康监测的实际要求设计了声速测量，平面钢板声发射源定位和现场压力容器监测实验。首先获得了声音在钢板中的实际传播速度，用于时差定位。其次将大型的压力容器分割为有限个监测区域，使整个监测过程转换为平面钢板的健康监测，并做定位分析。现场实验部分以S25H-20型有机热载体锅炉为被测对象，通过试压泵加载过程，采集到实际缺陷的声发射信号，提取其特征参数并做频谱分析，获得了实际声发射源特征参数的分布范围。另外，针对大多数圆柱形压力容器，其底部往往因为腐蚀造成底板强度明显降低或导致穿孔泄漏，进行底面断铅实验，验证系统用于底面缺陷定位的准确性。实验表明，本文构建的基于LabVIEW的多通道压力容器声发射监测系统能实现其预期功能，而且，利用本文提出的基于Akaike信息准则和AR模型的方法检测声发射信号初至点，与传统阈值法相比，可大大提高缺陷定位的精度。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及其意义

1．2 压力容器检测技术的特点及方法

1．3 国内外压力容器声发射检测技术研究现状

1．3．1 国外压力容器声发射检测技术现状

1．3．2 国内压力容器声发射检测技术现状

1．4 本文研究的主要内容

第二章 声发射技术原理

2．1 声发射技术的物理原理

2．1．1 声发射的来源

2．1．2 声发射信号的特点

2．1．3 声发射源的模拟

2．2 声发射检测的基本原理

2．3 声发射源定位原理及方法

2．3．1 一维定位

2．3．2 二维定位

2．3．3 基于迭代的时差定位法

2．3．4 柱形、球面的定位

2．4 声发射噪声的排除

2．5 本章小结

第三章 压力容器健康监测系统设计

3．1 系统组成原理与功能

3．2 系统硬件组成

3．2．1 声发射传感器

3．2．2 前置放大器

3．2．3 数据采集卡

3．2．4 电缆

3．3 系统软件设计

3．3．1 开发平台LabVIEW及MATLAB软件简介

3．3．2 软件系统功能及整体设计

3．3．3 数据采集模块

3．3．4 数据分析模块

3．3．5 定位算法实现

3．4 本章小结

第四章 基于Akaike信息准则和AR模型的声发射信号初至点检测

4．1 噪声对声发射信号到达时间提取的影响

4．2 AR模型理论基础

4．2．1 AR模型描述

4．2．2 AR模型的参数估计

4．2．3 AR模型的定阶方法

4．3 AR模型的建立

4．4 基于Akaike信息准则和AR模型的声发射信号初至点检测方法

4．5 本章小结

第五章 压力容器健康监测实验及分析

5．1 声速测量实验

5．2 平面钢板的声发射源定位

5．3 现场压力容器健康监测实验

5．3．1 压力容器介绍及实验方案设计

5．3．2 压力容器健康监测实验

5．3．3 压力容器底面定位实验

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文