CN111536436A - 压力管道泄漏声发射信号传播衰减系数标定方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压力管道泄漏声发射信号传播衰减系数标定方法和系统，包括获取在不同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平；根据声发射信号水平建立压力管道表面传播衰减矩阵；对相同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平进行拟合，并计算出不同泄漏率下泄漏点的声发射信号水平和指数衰减系数；根据声发射信号水平和指数衰减系数，获取矩阵的目标函数值，并将使得目标函数值最小的指数衰减系数标定为泄漏声发射信号在压力管道表面的传播衰减系数。本发明的目的在于提供一种压力管道泄漏声发射信号传播衰减系数标定方法和系统，通过该方法或系统能够获取压力管道泄漏声发射信号传播衰减系数，达到泄漏准确定位的目的。

Description

压力管道泄漏声发射信号传播衰减系数标定方法和系统

技术领域

本发明涉及泄漏声发射信号技术领域，尤其涉及一种压力管道泄漏声发射信号传播衰减系数标定方法和系统。

背景技术

核反应堆压力管道内充满了高温高压水，作为反应堆冷却剂通过不断的循环，以此来带走核反应堆内产生的热量。由于流过了核反应堆堆芯，核反应堆压力管道内的水都带有放射性，一旦泄漏将造成严重的核泄漏安全事故。因此，核反应堆都设置了泄漏监测系统来确保核反应堆的安全。目前，反应堆冷却剂泄漏的监测方法很多，包括有堆坑水位监测、辐射剂量监测、反应堆厂房湿度、温度、压力监测等，但这些监测方法不能定位。导致在检修期间，无法针对具体的泄漏位置开展相应的维修工作，给检修带来了极大的不便。

采用基于声发射信号的泄漏监测系统，能够利用布置在核反应堆压力管道上的声发射传感器阵列实现泄漏的准确定位。国内石油化工相关工业企业、科研单位和高等院校，开展了大量的泄漏声发射检测技术研究，同时也开展了基于声发射信号的泄漏定位研究，但普遍采用区域定位的方法，即只根据管道上声发射传感器探测到的声发射信号强弱来判断泄漏的大概区域，无法准确的判断具体的位置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压力管道泄漏声发射信号传播衰减系数标定方法和系统，通过该方法或系统能够获取核反应堆压力管道泄漏声发射信号传播衰减系数，从而对采用声发射方法实现核反应堆压力管道泄漏监测的情况，达到泄漏准确定位的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

一种压力管道泄漏声发射信号传播衰减系数标定方法，包括以下步骤：

S1：获取在不同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平；

S2：根据所述声发射信号水平建立压力管道表面传播衰减矩阵A，

其中，矩阵A中的每一行表示相同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平，矩阵A中的每一列表示相同距离下不同泄漏率的声发射信号水平；V_ij为不同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平，i∈[1，m]，j∈[1，n]；

S3：对相同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平进行拟合，并计算出不同泄漏率下泄漏点的声发射信号水平和指数衰减系数；

S4：根据所述声发射信号水平和所述指数衰减系数，获取所述矩阵A的目标函数值δ，并将使得所述目标函数值δ最小的指数衰减系数标定为泄漏声发射信号在压力管道表面的传播衰减系数。

在本方案中，通过获取在不同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平，即可建立起压力管道表面传播衰减矩阵；利用该矩阵可计算出不同泄漏率下泄漏点的声发射信号水平和指数衰减系数，取不同泄漏率下计算出的指数衰减系数的最大值和最小值作为一个区间；在该区间内找到一个最优的指数衰减系数保证该矩阵目标函数最小，即代表不同泄漏率下使用该最优的指数衰减系数来实现定位的总体误差最小，从而可以做到泄漏位置的准确定位。

进一步地，所述步骤S1包括：

S11：获取泄漏试验段传感器不同安装位置到泄漏点位置的距离；

S12：将不同泄漏率的泄漏试验件连接至泄漏试验段，进行泄漏声发射信号测量；

S13：记录在不同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平。

进一步地，在本方案中，考虑到声发射信号呈指数衰减的传播特性，因此选用指数函数用作拟合函数，具体为：

V＝ke^-αL；

其中，V表示相同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平，k表示常数，α表示指数衰减系数，L表示相同泄漏率下到泄漏点的距离。

进一步地，所述步骤S4包括：

S41：获取指数衰减系数的最大值α_max和最小值α_min，以t为步长，获取若干个指数衰减系数α，其中，α∈[α_max，α_min]；

S42：根据所述声发射信号水平和所述指数衰减系数α，获取所述矩阵A的目标函数值δ；

S43：将使得所述目标函数值δ最小的指数衰减系数α标定为泄漏声发射信号在压力管道表面的传播衰减系数。

在本方案中，通过设置步长(步长，指相邻指数衰减系数之间的差值)，增加了指数衰减系数α的个数，进而可以获更多的目标函数值，增加了传播衰减系数标定结果的准确性。

进一步地，所述目标函数值δ的计算公式为：

其中，V_io为矩阵A中不同泄漏率下的泄漏点处的声发射信号水平，L_j为每一列距离泄漏点的距离。

一种核反应堆压力管道泄漏声发射信号传播衰减系数标定系统，其特征在于，包括输入单元、建模单元、计算单元和输出单元；

所述输入单元，用于获取在不同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平；

所述建模单元，用于根据所述声发射信号水平建立压力管道表面传播衰减矩阵A，

其中，矩阵A中的每一行表示相同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平，矩阵A中的每一列表示相同距离下不同泄漏率的声发射信号水平；V_ij为不同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平，i∈[1,m]，j∈[1,n]；

所述计算单元，用于对相同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平进行拟合，得到不同泄漏率下泄漏点的声发射信号水平和指数衰减系数，并根据所述指数衰减系数和所述声发射信号水平获取所述矩阵A的目标函数值δ；

所述输出单元，用于将使得所述目标函数值δ最小的指数衰减系数对外输出。

在本系统中，通过建立泄漏声发射信号在压力管道表面的传播衰减矩阵，可以获取核反应堆压力管道在额定工况条件下不同泄漏率的泄漏声发射信号在压力管道表面传播衰减矩阵，该矩阵可用于计算泄漏声发射信号在金属管道表面传播衰减系数，通过对该矩阵的计算可获得适应不同泄漏率下核反应堆压力管道的泄漏声发射信号的传播衰减系数，该传播衰减系数可用于采用声发射方法进行核反应堆压力管道泄漏监测的定位。

进一步地，所述输入单元具体用于，

获取泄漏试验段传感器不同安装位置到泄漏点位置的距离；

获取不同泄漏试验件的泄漏率；

获取在不同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平。

进一步地，用于所述计算单元中拟合的函数为：

V＝ke^-αL；

其中，V表示相同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平，k表示常数，L表示相同泄漏率下到泄漏点的距离。

进一步地，所述计算单元具体用于，

获取指数衰减系数的最大值α_max和最小值α_min，以t为步长，获取若干个指数衰减系数α，其中，α∈[α_max，α_min]；

根据所述声发射信号水平和所述指数衰减系数α，获取所述矩阵A的目标函数值δ。

进一步地，所述目标函数值δ的计算公式为：

其中，V_io为矩阵A中不同泄漏率下的泄漏点处的声发射信号水平，L_j为每一列距离泄漏点的距离。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

(1)通过泄漏声发射信号在压力管道表面传播衰减矩阵建立，可以获取核反应堆压力管道在额定工况条件下不同泄漏率的泄漏声发射信号在压力管道表面传播衰减矩阵，该矩阵可用于泄漏声发射信号在金属管道表面传播衰减系数计算。

(2)采用泄漏声发射信号在压力管道表面传播衰减系数计算方法，可获得适应不同泄漏率下核反应堆压力管道的泄漏声发射信号的传播衰减系数，该系数可用于采用声发射方法进行核反应堆压力管道泄漏监测的定位。

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为本发明的流程示意图；

图2为本发明传播衰减矩阵目标函数δ随传播衰减系数α变化规律的示意图。

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

如图1所示，一种压力管道泄漏声发射信号传播衰减系数标定方法，包括以下步骤：

S1：获取在不同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平；

S2：根据声发射信号水平建立压力管道表面传播衰减矩阵A，

其中，矩阵A中的每一行表示相同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平，矩阵A中的每一列表示相同距离下不同泄漏率的声发射信号水平；V_ij为不同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平，i∈[1,m]，j∈[1,n]；

S3：对相同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平进行拟合，并计算出不同泄漏率下泄漏点的声发射信号水平和指数衰减系数；

S4：根据声发射信号水平和指数衰减系数，获取矩阵A的目标函数值δ，并将使得目标函数值δ最小的指数衰减系数标定为泄漏声发射信号在压力管道表面的传播衰减系数。

在本实施例中，为获取在不同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平，总共加工了m种不同泄漏率G_i的泄漏试验件。

其中，不同泄漏率G_i的选择是在监测的泄漏率范围[G₁，G₂]内，除下限G₁和上限G₂外，在[G₁，G₂]内再选取的m个中间值。在确定了泄漏率后，利用CFD仿真方法，计算出核反应堆额定运行工况下分别与m种泄漏率相对应的泄漏试验件的空隙尺寸，再利用机加工或电火花穿孔的方式在泄漏试验件上加工出相应尺寸的孔隙。其中，每个泄漏试验件对应一个孔隙尺寸，每个泄漏试验件的材料与核反应堆压力管道的材料一致或接近。

另外，还建立了核反应堆压力管道泄漏模拟试验装置，该装置能够模拟核反应堆额定运行条件下压力管道内高温高压水的温度和压力环境。

其中，核反应堆压力管道泄漏模拟试验装置由主回路系统、压力安全系统、回路冷却系统、净化系统、补水系统和设备冷却系统组成。

主回路系统由一台主泵、一个气动调节阀、一个手动调节阀、止回阀、管道和测量仪表组成。压力安全系统由稳压器、喷雾管、释放管、电动调节阀、安全阀、凝汽罐等组成。回路冷却系统由一台冷却器、电动调节阀和管道、仪表组成。净化系统由再生和非再生式冷却器、混合离子交换柱、氢型阳离子交换柱、电动调节阀、常开电磁阀、管道、测量仪表组成。补水系统由储水箱、三柱塞和单柱塞补水泵等组成。设备冷却水系统由自来水管和循环冷却管系组成。冷却水来自自来水母管和循环冷却水母管。

核反应堆压力管道泄漏试验装置与泄漏试验段进行连接。泄漏试验段主要包括：管道、泄漏试验件、两台电动阀门、泄漏收集装置、冷凝器等，并在泄漏试验段的进、出口分别设置温度、压力测点。

当利用该核反应堆压力管道泄漏模拟试验装置开展压力管道泄漏模拟试验建立时，试验工况应与核反应堆额定运行式压力管道内高温高压水的温度和压力条件保持一致。其中，压力管道泄漏模拟试验过程及方法如下所述：

(1)测量记录泄漏试验段上传感器安装位置到泄漏位置的距离；

(2)将泄漏试验件连接至泄漏试验段，对回路进行打压，确认回路无异常后，对试验回路升温升压至试验工况；

(2)达到试验工况后，开始进行泄漏试验，进行泄漏声发射信号测量；

(3)试验完成后，回路降温降压；

(4)回路降温降压完毕，换下一个试验件，重复上述试验过程，直至完成全部泄漏试验件在距离泄漏点不同距离的泄漏试验，得到在不同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平，并建立传播衰减矩阵A，

其中，矩阵A中的每一行表示相同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平，矩阵A中的每一列表示相同距离下不同泄漏率的声发射信号水平；V_ij为不同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平，i∈[1,m]，j∈[1,n]。

进一步地，在本实施例中，为了获得泄漏声发射信号在压力管道表面的传播衰减系数，根据声发射信号呈指数衰减的传播特性，对同一种泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平进行指数拟合，即V＝ke^-αL(其中，V表示相同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平，k表示常数，L表示相同泄漏率下到泄漏点的距离)，并根据该拟合函数计算出不同泄漏率下泄漏点的声发射信号水平和指数衰减系数。

为了使得传播衰减系数标定结果更加准确，从指数衰减系数中选择指数衰减系数的最大值α_max和最小值α_min作为一个区间，以0.0001作为步长，在[α_max，α_min]内获取若干个指数衰减系数α，使得相邻指数衰减系数α之间的差值为0.0001,等多的同时根据下述获取矩阵A的目标函数值δ，将使得目标函数值δ最小的指数衰减系数标定为泄漏声发射信号在压力管道表面的传播衰减系数，如图2所示，

其中，V_io为矩阵A中不同泄漏率下的泄漏点处的声发射信号水平，L_j为每一列距离泄漏点。

一种核反应堆压力管道泄漏声发射信号传播衰减系数标定系统，其特征在于，包括输入单元、建模单元、计算单元和输出单元；

所述输入单元，用于获取在不同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平；

所述建模单元，用于根据所述声发射信号水平建立压力管道表面传播衰减矩阵A，

其中，矩阵A中的每一行表示相同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平，矩阵A中的每一列表示相同距离下不同泄漏率的声发射信号水平；V_ij为不同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平，i∈[1,m]，j∈[1,n]；

所述计算单元，用于对相同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平进行拟合，得到不同泄漏率下泄漏点的声发射信号水平和指数衰减系数，并根据所述指数衰减系数和所述声发射信号水平获取所述矩阵A的目标函数值δ；

所述输出单元，用于将使得所述目标函数值δ最小的指数衰减系数对外输出。

在本系统中，通过建立泄漏声发射信号在压力管道表面的传播衰减矩阵，可以获取核反应堆压力管道在额定工况条件下不同泄漏率的泄漏声发射信号在压力管道表面传播衰减矩阵，该矩阵可用于计算泄漏声发射信号在金属管道表面传播衰减系数，通过对该矩阵的计算可获得适应不同泄漏率下核反应堆压力管道的泄漏声发射信号的传播衰减系数，该传播衰减系数可用于采用声发射方法进行核反应堆压力管道泄漏监测的定位。

进一步地，所述输入单元具体用于，

获取泄漏试验段传感器不同安装位置到泄漏点位置的距离；

获取不同泄漏试验件的泄漏率；

获取在不同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平。

进一步地，用于所述计算单元中拟合的函数为：

V＝ke^-αL；

其中，V表示相同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平，k表示常数，L表示相同泄漏率下到泄漏点的距离。

进一步地，所述计算单元具体用于，

获取指数衰减系数的最大值α_max和最小值α_min，以0.0001为步长，获取若干个指数衰减系数α，其中，α∈[α_max，α_min]；

根据所述声发射信号水平和所述指数衰减系数α，获取所述矩阵A的目标函数值δ。

进一步地，所述目标函数值δ的计算公式为：

其中，V_io为矩阵A中不同泄漏率下的泄漏点处的声发射信号水平，L_j为每一列距离泄漏点的距离。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种压力管道泄漏声发射信号传播衰减系数标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获取在不同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平；

S2：根据所述声发射信号水平建立压力管道表面传播衰减矩阵A，

其中，矩阵A中的每一行表示相同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平，矩阵A中的每一列表示相同距离下不同泄漏率的声发射信号水平；V_ij为不同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平，i∈[1,m]，j∈[1,n]；

S3：对相同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平进行拟合，并计算出不同泄漏率下泄漏点的声发射信号水平和指数衰减系数；

S4：根据所述声发射信号水平和所述指数衰减系数，获取所述矩阵A的目标函数值δ，并将使得所述目标函数值δ最小的指数衰减系数标定为泄漏声发射信号在压力管道表面的传播衰减系数。

2.根据权利要求1所述的一种压力管道泄漏声发射信号传播衰减系数标定方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

S11：获取泄漏试验段传感器不同安装位置到泄漏点位置的距离；

S12：将不同泄漏率的泄漏试验件连接至泄漏试验段，进行泄漏声发射信号测量；

S13：记录在不同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平。

3.根据权利要求1所述的一种压力管道泄漏声发射信号传播衰减系数标定方法，其特征在于，用于拟合的函数为：

V＝ke^-αL；

其中，V表示相同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平，k表示常数，α表示指数衰减系数，L表示相同泄漏率下到泄漏点的距离。

4.根据权利要求1所述的一种压力管道泄漏声发射信号传播衰减系数标定方法，其特征在于，所述步骤S4包括:

S41：获取指数衰减系数的最大值α_max和最小值α_min，以t为步长，获取若干个指数衰减系数α，其中，α∈[α_max，α_min]；

S42:根据所述声发射信号水平和所述指数衰减系数α，获取所述矩阵A的目标函数值]；

S43:将使得所述目标函数值δ最小的指数衰减系数α标定为泄漏声发射信号在压力管道表面的传播衰减系数。

5.根据权利要求1所述的一种压力管道泄漏声发射信号传播衰减系数标定方法，其特征在于，所述目标函数值δ的计算公式为：

其中，V_io为矩阵A中不同泄漏率下的泄漏点处的声发射信号水平，L_j为每一列距离泄漏点的距离。

6.一种压力管道泄漏声发射信号传播衰减系数标定系统，其特征在于，包括输入单元、建模单元、计算单元和输出单元；

所述输入单元，用于获取在不同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平；

所述建模单元，用于根据所述声发射信号水平建立压力管道表面传播衰减矩阵A，

其中，矩阵A中的每一行表示相同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平，矩阵A中的每一列表示相同距离下不同泄漏率的声发射信号水平；V_ij为不同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平，i∈[1,m]，j∈[1,n]；

所述计算单元，用于对相同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平进行拟合，得到不同泄漏率下泄漏点的声发射信号水平和指数衰减系数，并根据所述指数衰减系数和所述声发射信号水平获取所述矩阵A的目标函数值δ；

所述输出单元，用于将使得所述目标函数值δ最小的指数衰减系数对外输出。

7.根据权利要求6所述的一种压力管道泄漏声发射信号传播衰减系数标定系统，其特征在于，所述输入单元具体用于，

获取泄漏试验段传感器不同安装位置到泄漏点位置的距离；

获取不同泄漏试验件的泄漏率；

获取在不同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平。

8.根据权利要求6所述的一种压力管道泄漏声发射信号传播衰减系数标定系统，其特征在于，用于所述计算单元中拟合的函数为：

V＝ke^-αL；

其中，V表示相同泄漏率下到泄漏点不同距离的声发射信号水平，K表示常数，L表示相同泄漏率下到泄漏点的距离。

9.根据权利要求8所述的一种压力管道泄漏声发射信号传播衰减系数标定系统，其特征在于，所述计算单元具体用于，

获取指数衰减系数的最大值α_max和最小值α_min，以t为步长，获取若干个指数衰减系数α，其中，α∈[α_max，α_min]；

根据所述声发射信号水平和所述指数衰减系数α，获取所述矩阵A的目标函数值δ。

10.根据权利要求8所述的一种压力管道泄漏声发射信号传播衰减系数标定系统，其特征在于，所述目标函数值δ的计算公式为：

其中，V_io为矩阵A中不同泄漏率下的泄漏点处的声发射信号水平，L_j为每一列距离泄漏点的距离。

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