基于超声导波的压力容器气体泄漏定位技术研究

摘要

近年来使用气体压力容器的系统被广泛应用于国民生产中，同时随着载人航天器在轨运行等特殊应用环境的兴起，使得压力容器的稳定高效运行成为人们日益关注的焦点。气体泄漏则威胁此类系统正常运行的主要因素之一。当压力容器器壁由于撞击、腐蚀等原因发生泄漏时，会导致压力容器结构受损，带来巨大的经济损失，严重时甚至威胁人身安全并带来不可挽回的后果。因此为了保证系统的安全运行，需要研制一套实时泄漏检测系统，快速准确的对泄漏源进行定位。
　　本文利用压力容器发生泄漏时在器壁结构中激发的超声导波定位泄漏源，研究了基于超声导波的泄漏声源定位方法，并进行了泄漏定位方法的实验可行性验证。本文主要内容可归纳如下：
　　利用气体泄漏实验平台，分析了泄漏信号的时频特性和互相关特性。通过有限元仿真和激光多普勒测振仪，研究了泄漏信号在薄板结构中的传播特性，通过实验获得了超声导波的频散曲线；重点研究了加强筋结构对超声导波的影响，获得加强筋结构对超声导波的衰减系数，为利用超声导波定位泄漏声源奠定基础。
　　考虑超声导波多模态和频散现象对泄漏定位的影响，提出了一种基于波数域的泄漏声源定位方法。将超声传感器阵列采集的泄漏信号变换至波数域，在波数域强度分布图中估计泄漏声源的方向。泄漏定位实验结果表明，该方法不受多模态和频散现象影响，实现了对持续泄漏声源的定位。
　　考虑基于波数域的声源定位方法实施复杂，且对复杂声场环境抗干扰能力较弱的特点，提出一种改进的波束形成定位方法。通过在延时叠加波束形成算法中引入频散曲线，补偿超声导波频散现象对泄漏声源定位的影响。泄漏定位实验结果表明，该方法稳定可靠，在平板和加筋板上均实现了泄漏的准确定位。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目标和内容

第2章 泄漏信号的基本特征和传播特性

2.1 气体泄漏实验平台

2.2 泄漏信号的基本特征

2.2.1 泄漏信号的时频分析

2.2.2 泄漏信号的相关性

2.3 泄漏信号的传播特性

2.3.1 多模态和频散现象

2.3.2 结构边缘反射

2.3.3 加强筋结构的影响

2.4 小结

第3章 基于波数域的泄漏定位方法

3.1 传统声源定位方法的局限性

3.2 基于波数域的定位方法

3.2.1 三维时空傅里叶变换

3.2.2 激光多普勒定位实验

3.3 定位实验设计及结果

3.3.1 传感器选通切换电路设计

3.3.2 定位软件设计

3.3.3 定位实验结果及讨论

3.4 小结

第4章 改进的波束形成泄漏定位方法

4.1 改进的波束形成定位方法

4.1.1 定位算法

4.1.2 仿真结果

4.2 定位实验结果及讨论

4.2.1 近场定位结果

4.2.2 远场定位结果

4.2.3 定位误差

4.3 两种定位方法的比较

4.4 小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢