密封压力容器声发射检漏装置设计与实现

摘要

在现代工业和航空航天事业中，化工的生产过程和各类航空航天系统对压力容器的需求非常普遍。压力容器一般用于储存一些加工过程中必要的原料，或者充当生产过程中物理化学反应的容器。压力容器长期运行于高温、高压的恶劣环境中，容易与内部原料发生各类物理化学反应，导致容器腐蚀，引发容器泄漏，造成资源的浪费甚至发生爆炸等事故。因此，压力容器发生泄漏带来的后果都是不堪设想的。针对密封压力容器泄漏检测问题展开研究，主要包含以下研究内容：　　研究了声发射检测技术的机理，设计并实现了基于声发射检测技术的密封压力容器检漏装置。装置以硬件的信号感知、前置放大、高速采集传输为基础，结合声发射信号监测软件对数据进行显示、处理和分析，解决了密封压力容器泄漏的实时检测问题。　　针对密封压力容器泄漏时产生的弹性波信号微弱，且易受干扰的情况，设计了低噪声前置放大器。使用多个高精度集成运放搭建了多级放大电路，针对声发射传感器的响应频率设计了无源带通滤波器，对电路元件进行合理布局并设计了放大器屏蔽盒，解决了微弱声发射信号的低噪声前置放大问题。　　针对密封压力容器泄漏检测时，多个声发射传感器信号的同步检测，设计了多通道声发射信号同步采集传输电路。使用FPGA作为主控制器，围绕高速模数转换芯片搭建了多通道同步采集电路，围绕高速数据传输芯片搭建了数据传输电路，编写了控制程序，解决了多声发射传感器信号同步采集和传输问题。　　针对软硬件之间的数据通信，声发射信号处理、显示和导出，设计了声发射信号监测软件。实现了包含数据通信、数据处理和可视化界面的声发射信号监测软件，解决了声发射信号的实时监测、显示和历史特征数据的查询、导出问题。　　最后对设计的硬件和软件进行了测试，搭建了密封压力容器声发射检漏平台。观察实验结果并使用离线的数据特征提取和漏孔识别方法对数据进行分析，验证了设计制作的密封压力容器声发射检漏装置能够达到预期目标，实现密封压力容器的泄漏检测。

目录

1 绪论

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 章节安排

1.4 本章小结

2 密封压力容器声发射检漏装置总体方案

2.1.1 声发射检测基本原理

2.1.2 声发射波形特性参数分析

2.2.1 总体方案

2.2.2 功能模块

2.3 本章小结

3 密封压力容器声发射检漏装置硬件

3.1 硬件框架

3.2 声发射传感器

3.3 低噪声前置放大器

3.3.1 多级放大电路

3.3.2 电源电路

3.3.3 PCB布局

3.3.4 放大器屏蔽盒

3.4 多通道声发射信号同步采集传输电路

3.4.1 主控制器最小系统

3.4.2 信号采集电路

3.4.3 数据传输电路

3.4.4 电源电路

3.4.5 PCB布局

3.5 本章小结

4 密封压力容器声发射检漏装置软件

4.1 软件框架

4.2 信号采集传输控制程序

4.2.1 多通道声发射信号同步采集

4.2.2 数据传输

4.2.3 异步FIFO

4.2.4 顶层例化

4.3 声发射信号监测软件

4.3.1 数据通信

4.3.2 数据处理

4.3.3 软件界面

4.4 漏孔识别方法

4.4.1 声发射信号MFCC参数提取

4.4.2 漏孔分类方法

4.5 本章小结

5 密封压力容器声发射检漏装置实现与测试

5.1 装置各部分实现

5.2 装置功能测试

5.2.1 低噪声前置放大器测试

5.2.2 多通道声发射信号同步采集传输测试

5.2.3 声发射信号监测软件测试

5.3.1 实验平台搭建

5.3.2 压力容器检漏实验

5.3.3 容器漏孔识别

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 研究工作总结

6.2 后续工作展望

参考文献

附录

A．作者在攻读学位期间发表的专利目录

B．作者在攻读学位期间取得的科研成果目录

C. 学位论文数据集

致谢