CN109298076A - 一种基于Lamb波的主动式阀门内漏损伤检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Lamb波的主动式阀门内漏损伤检测系统及方法，用于检测阀门内漏情况，其结构包括硬件系统和分析软件两部分组成，硬件由声发射驱动器、传感器、信号放大器、数据采集系统组成，能够通过主动发射超声信号再接受结构响应信号的方式检测阀门内漏情况，本发明既解决了常规阀门内漏测量困难且阀门已出现内漏状态才提出解决方式的问题，又对阀门内漏提前预警建立了数据库标准，本装置设计合理，成本较低，使用方便，适用性强。

Description

一种基于Lamb波的主动式阀门内漏损伤检测系统及方法

技术领域

本发明涉及阀门内漏检测技术领域，具体涉及一种基于Lamb波的主动式阀门内漏损伤检测系统及方法。

背景技术

阀门是反应堆及一回路系统启停、正常运行、工艺装换、应对事故时需动作的控制流体控制设备，由于长期在高温高压环境下工作，阀门内部泄漏故障成为阀门频发故障。在运行中阀门内部泄漏无法隔离消除，严重威胁检测工作人员的安全，提高了安全事故发生的风险，如果不及时进行维修，会产生能量损失，降低机组或者设备的工作效率，增加成本预算。

对该类设备的无损检测对于保证反应堆及一回路系统的安全、稳定运行具有十分重要的意义。声发射检测技术虽然已经被广泛应用于石油、化工相关领域的探头设备测量，但是对于阀门磨损面检测还未有成本低，准确率高的有效检测手段，因此针对电动闸阀和先导式安全阀的使用特点及可靠性需求，通过开展基于超声导波的主动式损伤检测方法，初步掌握阀门内漏评估技术，建立一套行之有效的检测系统。现有的检测系统测量方式有很多，都是被动测量接收内漏过程中的声发射信号来达到内漏检测的目的，采用主动式检测方式更有利于对阀门内漏的位置和损伤程度进行较为精准的判定。

例如无损检测刊物上文章10.11973/wsjc201708005，邓伟林，胡敏，冯强，张雨，提供了一种采气树阀门腐蚀缺陷的检测方式，是对阀门的密封面和通道处内部裂纹和应力集中区进行超声波相控阵检测技术，这种技术是用于对阀门或者管道内部缺陷位置进行成像扫描，能够测算缺陷面积和查找最小壁厚部位，但是超声相控阵成本高昂而且工艺复杂，不适合大规模测量阀门内漏。

又例如中国发明专利201310124850.8设计了一种超声波阀门泄漏检测装置，特征在于在本体外壳内部通过压电陶瓷片接收脉冲外部脉冲产生振动带动超声波变幅杆进行受迫振动发出超声波，再接收此超声波转换成电压波形的方式进行测量，然而这种技术不能主动测量方式进行内漏检测，而且检测精度不高，不能对阀门内部损伤进行判定。

发明内容

为了解决现有的阀门内漏检测结构复杂，检测精度不高，不能很好地适用不同种类阀门的检测，通用性差等技术问题，本发明提出了一种基于Lamb波的主动式阀门内漏损伤检测系统，对于阀门内漏进行预警、损伤情况，可大幅降低阀门的维护成本，提高阀门安全性和可靠性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于Lamb波的主动式阀门内漏损伤检测系统，包括声发射驱动器、被测阀门、传感器及数据采集处理设备；

选取若干种类型无损阀门进行检测，根据无损阀门的类型仿真确定所述声发射驱动器和传感器在该无损阀门上的安装位置并进行安装，所述声发射驱动器向无损阀门本体发送Lamb波信号，该Lamb波信号沿无损阀门本体结构内部介质传递，所述传感器接收该无损阀门结构响应信号，并将该响应信号发送给数据采集处理设备，将若干种类无损阀门结构响应信号发动给数据采集处理设备构建基准值数据库；根据被测阀门的类型在被测阀门上安装所述声发射驱动器和传感器，所述声发射驱动器向被测阀门本体发送Lamb波信号，该Lamb信号沿被测阀门本体结构内部介质传递，所述传感器接收该被测阀门结构响应信号，并将给被测阀门结构响应信号发送给数据采集处理设备，所述数据采集处理设备根据被测阀门结构响应信号以及基准值数据库，通过分析处理得到该被测阀门的内漏损伤情况。

本发明的基本构思：在阀门发生内漏时，通过一种基于Lamb波的主动检测方式，驱动器向被监测结构输入高频激励信号，分布在驱动线周围的传感器接收结构响应信号，当结构发生变化时，传感器的测量信号发生改变，通过分析测量采集的散射信号，提取信号损伤特征，和基准值进行对比测定，从而确定阀门内漏情况。

优选的，所述传感器为压电传感器。

优选的，所述传感器通过粘贴、卡套式或嵌套式方式固定于阀门外侧。

优选的，所述数据采集处理设备包括电荷放大器、数据采集卡和计算机，所述传感器检测到的电信号经前置放大器放大处理后，形成相应的特性参数，被数据采集卡采集记录，并将模拟信号转换为数字信号，经计算机内置处理软件进行分析处理。

优选的，所述数据采集处理设备能够对被测阀门的内漏类型和位置进行定位。

另一方面，本发明还提出了一种基于Lamb的主动式阀门内漏损伤检测方法，包括以下步骤：

步骤一、建立基准值数据库：选取若干种类型无损阀门进行检测，根据无损阀门的类型仿真确定所述声发射驱动器和传感器在该无损阀门上的安装位置并进行安装，所述声发射驱动器向无损阀门本体发送Lamb波信号，该Lamb波信号沿无损阀门本体结构内部介质传递，所述传感器接收该无损阀门结构响应信号，并将该响应信号发送给数据采集处理设备，将若干种类无损阀门结构响应信号发动给数据采集处理设备构建基准值数据库；

步骤二、对被测阀门进行检测：根据被测阀门的类型在被测阀门上安装所述声发射驱动器和传感器，所述声发射驱动器向被测阀门本体发送Lamb波信号，该Lamb信号沿被测阀门本体结构内部介质传递，所述传感器接收该被测阀门结构响应信号，并将给被测阀门结构响应信号发送给数据采集处理设备；

步骤三、所述数据采集处理设备根据被测阀门结构响应信号以及基准值数据库，通过分析处理得到该被测阀门的内漏损伤情况。

优选的，所述传感器为压电传感器。

优选的，所述传感器通过粘贴、卡套式或嵌套式方式固定于阀门外侧。

优选的，所述数据采集处理设备包括电荷放大器、数据采集卡和计算机，所述传感器检测到的电信号经前置放大器放大处理后，形成相应的特性参数，被数据采集卡采集记录，并将模拟信号转换为数字信号，经计算机内置处理软件进行分析处理。

优选的，所述步骤三中，所述数据采集处理设备能够对被测阀门的内漏类型和位置进行定位。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明公开了一种基于Lamb波的主动式阀门内漏损伤检测技术，用于检测阀门内漏情况，其结构包括硬件系统和分析软件两部分组成，硬件由声发射驱动器、传感器、信号放大器、数据采集系统组成，能够通过主动发射超声信号再接受结构响应信号的方式检测阀门内漏情况，本发明既解决了常规阀门内漏测量困难且阀门已出现内漏状态才提出解决方式的问题，又对阀门内漏提前预警建立了数据库标准，本装置设计合理，成本较低，使用方便，适用性强。

2、本发明不用受限于阀门类型，通过尽可能多的收集不同类型阀门的基准值数据建立基准值数据库，根据阀门类型仿真确定声发射驱动器和传感器在该类型阀门上的安装位置，不需要额外增加硬件设备即可实现本发明对不同类型阀门的内漏检测。

3、本发明通过对阀门内漏进行主动监测，能够提前预警维护，特别对于核反应堆用阀门，能够在阀门使用前就能快速准确定位阀门泄漏类型和位置，及时进行维修，隔离消除潜在危险，降低了安全事故发生的风险，保障了检测工作人员的安全，降低了成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的检测系统示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

一种基于Lamb波的主动式阀门内漏损伤检测系统，如图1所示。该检测系统包括声发射驱动器1、被测阀门2、压电传感器3、前置放大器4、数据采集卡5和计算机6；根据阀门类型仿真确定声发射驱动1和压电传感器3在阀门上的安装位置并进行固定安装，所述压电传感器3可采用粘贴式、卡套式或嵌套式等方式固定在阀门的外侧，所述声发射驱动器1向被测阀门2发出高频激励超声信号8，本实施例中该高频激励超声信号8为Lamb波信号；该高频激励超声信号8沿阀门本体内部介质传递到损伤处再回传到传感器，阀体外侧面上布置的压电传感器把表面发生的瞬态声位移转换成微小电信号9，并将该微小电信号9传输到前置放大器4进行放大处理，形成相应的特性参数，被数据采集卡5记录并将模拟信号转换为数字信号，然后数据采集卡5将该数字信号发送给计算机，所述计算机6接收到采集信号，并根据该采集信号以及计算机内置的基准值数据库，进行分析与处理，从而得到阀门内漏类型及位置，所述计算机能够对采集信号进行分析处理、确定阀门内漏程度以及内漏位置，并对分析结果进行显示、存储和打印。本实施例中，压电传感器3可以为一个或多个，根据阀门类型、检测精度等要求来选择。

本实施例中，所述基准值数据库的构建方式为：选取若干种类型无损阀门进行检测，根据无损阀门的类型仿真确定所述声发射驱动器1和压电传感器3在该无损阀门上的安装位置并进行安装，所述声发射驱动器1向被测阀门2发出高频激励超声信号8，本实施例中该高频激励超声信号8为Lamb波信号；该高频激励超声信号8沿阀门本体内部介质传递到损伤处再回传到传感器，阀体外侧面上布置的压电传感器把表面发生的瞬态声位移转换成微小电信号9，并将该微小电信号9传输到前置放大器4进行放大处理，形成相应的特性参数，被数据采集卡5记录并将模拟信号转换为数字信号，然后数据采集卡5将该数字信号发送给计算机，所述计算机6接收到所有种类无损阀门的采集信号，经过分析处理构建得到基准值数据库(即在上述被测阀门2进行检测前，采用该检测系统的硬件设备对若干种类无损阀门进行检测，得到所有种类无损阀门的采集信号，构建得到基准值数据库)。

本阀门内漏检测系统由硬件和分析软件两部分组成，硬件由声发射驱动器、压电传感器、放大器、数据采集卡组成，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。声发射驱动器提供高频激励信号，声发射传感器采用压电传感器，其测量灵敏度高，控制系统简单，且能用作主动监测。

实施例2

基于上述实施例1的检测系统，本实施例提出了一种基于Lamb波的主动式阀门内漏损伤检测方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、建立基准值数据库：选取若干种类型无损阀门进行检测，根据无损阀门的类型仿真确定所述声发射驱动器1和压电传感器3在该无损阀门上的安装位置并进行安装，所述声发射驱动器1向被测阀门2发出高频激励超声信号8，本实施例中该高频激励超声信号8为Lamb波信号；该高频激励超声信号8沿阀门本体内部介质传递到损伤处再回传到压电传感器3，阀体外侧面上布置的压电传感器3把表面发生的瞬态声位移转换成微小电信号9，并将该微小电信号9传输到前置放大器4进行放大处理，形成相应的特性参数，被数据采集卡5记录并将模拟信号转换为数字信号，然后数据采集卡5将该数字信号发送给计算机，所述计算机6接收到所有种类无损阀门的采集信号，经过分析处理构建得到基准值数据库。

步骤二、对被测阀门2进行检测：根据被测阀门2的类型在被测阀门2上固定安装所述声发射驱动器和传感器，所述声发射驱动器1向被测阀门2本体发送Lamb波信号，该Lamb信号沿被测阀门本体结构内部介质传递到损伤处再回传到压电传感器，阀体外侧面上布置的压电传感器把表面发生的瞬态声位移转换成微小电信号9，并将该微小电信号9传输到前置放大器4进行放大处理，形成相应的特性参数，被数据采集卡5记录并将模拟信号转换为数字信号，然后数据采集卡5将该数字信号发送给计算机；

步骤三、所述计算机6接收到采集信号，并根据该采集信号以及计算机内置的基准值数据库，进行分析与处理，从而得到阀门内漏类型及位置，所述计算机能够对采集信号进行分析处理、确定阀门内漏程度以及内漏位置，并对分析结果进行显示、存储和打印。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于Lamb波的主动式阀门内漏损伤检测系统，其特征在于，包括声发射驱动器、被测阀门、传感器及数据采集处理设备；

选取若干种类型无损阀门进行检测，根据无损阀门的类型仿真确定所述声发射驱动器和传感器在该无损阀门上的安装位置并进行安装，所述声发射驱动器向无损阀门本体发送Lamb波信号，该Lamb波信号沿无损阀门本体结构内部介质传递，所述传感器接收该无损阀门结构响应信号，并将该响应信号发送给数据采集处理设备，将若干种类无损阀门结构响应信号发动给数据采集处理设备构建基准值数据库；根据被测阀门的类型在被测阀门上安装所述声发射驱动器和传感器，所述声发射驱动器向被测阀门本体发送Lamb波信号，该Lamb信号沿被测阀门本体结构内部介质传递，所述传感器接收该被测阀门结构响应信号，并将给被测阀门结构响应信号发送给数据采集处理设备，所述数据采集处理设备根据被测阀门结构响应信号以及基准值数据库，通过分析处理得到该被测阀门的内漏损伤情况。

2.根据权利要求1所述的一种基于Lamb波的主动式阀门内漏损伤检测系统，其特征在于，所述传感器为压电传感器。

3.根据权利要求1所述的一种基于Lamb波的主动式阀门内漏损伤检测系统，其特征在于，所述传感器通过粘贴、卡套式或嵌套式方式固定于阀门外侧。

4.根据权利要求1所述的一种基于Lamb波的主动式阀门内漏损伤检测系统，其特征在于，所述数据采集处理设备包括电荷放大器、数据采集卡和计算机，所述传感器检测到的电信号经前置放大器放大处理后，形成相应的特性参数，被数据采集卡采集记录，并将模拟信号转换为数字信号，经计算机内置处理软件进行分析处理。

5.根据权利要求1所述的一种基于Lamb波的主动式阀门内漏损伤检测系统，其特征在于，所述数据采集处理设备能够对被测阀门的内漏类型和位置进行定位。

6.一种基于Lamb波的主动式阀门内漏损伤检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、建立基准值数据库：选取若干种类型无损阀门进行检测，根据无损阀门的类型仿真确定所述声发射驱动器和传感器在该无损阀门上的安装位置并进行安装，所述声发射驱动器向无损阀门本体发送Lamb波信号，该Lamb波信号沿无损阀门本体结构内部介质传递，所述传感器接收该无损阀门结构响应信号，并将该响应信号发送给数据采集处理设备，将若干种类无损阀门结构响应信号发动给数据采集处理设备构建基准值数据库；

步骤二、对被测阀门进行检测：根据被测阀门的类型在被测阀门上安装所述声发射驱动器和传感器，所述声发射驱动器向被测阀门本体发送Lamb波信号，该Lamb信号沿被测阀门本体结构内部介质传递，所述传感器接收该被测阀门结构响应信号，并将给被测阀门结构响应信号发送给数据采集处理设备；

步骤三、所述数据采集处理设备根据被测阀门结构响应信号以及基准值数据库，通过分析处理得到该被测阀门的内漏损伤情况。

7.根据权利要求6所述的一种基于Lamb波的主动式阀门内漏损伤检测方法，其特征在于，所述传感器为压电传感器。

8.根据权利要求6所述的一种基于Lamb波的主动式阀门内漏损伤检测方法，其特征在于，所述传感器通过粘贴、卡套式或嵌套式方式固定于阀门外侧。

9.根据权利要求6所述的一种基于Lamb波的主动式阀门内漏损伤检测方法，其特征在于，所述数据采集处理设备包括电荷放大器、数据采集卡和计算机，所述传感器检测到的电信号经前置放大器放大处理后，形成相应的特性参数，被数据采集卡采集记录，并将模拟信号转换为数字信号，经计算机内置处理软件进行分析处理。

10.根据权利要求6所述的一种基于Lamb波的主动式阀门内漏损伤检测方法，其特征在于，所述步骤三中，所述数据采集处理设备能够对被测阀门的内漏类型和位置进行定位。