CN114295726A - 换热器板片裂纹检测装置及其裂纹检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种换热器板片裂纹检测装置及其裂纹检测方法。所述换热器板片裂纹检测装置包括：检测柜、夹持装置、激振模块、数据采集模块及工控机。本申请换热器板片裂纹检测装置及其裂纹检测方法基于无损检测技术，通过传感器采集板片振动信号，借助模态分析技术获得板片的模态频率信息，结合机器学习技术识别裂纹。本申请换热器板片裂纹检测装置结构简单，操作方便，能够替代人工目测，提高检测效率，可实现批量检测。此外，本申请换热器板片裂纹检测装置还具有能适用于多种规格材质的板片检测。

Description

换热器板片裂纹检测装置及其裂纹检测方法

技术领域

本申请涉及换热设备无损检测的技术领域，尤其涉及一种换热器板片裂纹检测装置及其裂纹检测方法。

背景技术

板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属波纹板排列而成并通过金属波纹板进行热量交换的一种高效换热器。板式换热器相较于其他换热器结构紧凑，换热效率高，已被广泛应用于石油、化工、冶金、船舶、机械、电力、食品、制药等领域。

板式换热器中的波纹板片是专门负责隔离传热介质和进行热交换的部件，是换热器的核心部件。为了保证板片的质量，目前板片的制造方法大多为一次冲压成形。在冲压过程中由于压机不可避免的磨损，波纹板片的弯曲处会产生细微的裂纹。这些裂纹在换热器工作中，严重的裂纹在大面积裂开时导致泄露，不严重的裂纹在长期的受压中也容易开裂，存在极大安全隐患。因此板片检测具有重要的工程应用价值。

目前，检测换热器波纹板缺陷的主要方式是人工目测，辅以渗透法进行检测。由于板片表面凹凸不平，波纹条数多，面积大，人工检测的方法效率低，误检率高，受主观因素影响大，很难达到质量检测的要求，在实际使用中存在很大的局限性。

因此，针对现有技术中存在的缺陷，急需进行改进。

发明内容

本申请的目的在于提供一种换热器板片裂纹检测装置及其裂纹检测方法，以解决现有技术中人工目测方法效率低、误检率高、受主观因素影响大、很难达到质量检测的要求的问题。

为实现上述目的，本申请采用如下技术方案。

本申请实施例提供一种换热器板片裂纹检测装置，用来检测待测板片的裂纹。所述换热器板片裂纹检测装置包括：检测柜；夹持装置，悬挂式设置于所述检测柜中，其中所述待测板片具有悬挂端和自由端，所述夹持装置用来夹持所述待测板片的悬挂端，使得所述待测板片处于自由状态；激振模块，连接至所述待测板片、能够对所述待测板片的悬挂端进行激励、使得所述待测板片进行振动；数据采集模块，连接至所述激振模块、用来采集并存储所述待测板片的振动信号；工控机，装载有检测分析系统，且连接所述数据采集模块，用来分析所述振动信号、得到所述待测板片的结构参数、将所述结构参数与正常结构参数和裂纹结构参数进行比较、以及输出检测报告。

可选地，在本申请的一些实施例中，所述激振模块包括：信号发生器、激振器、力传感器和加速度传感器；所述信号发生器用作信号源，能够发出信号、将所述信号传递给所述激振器；所述激振器能够根据所述信号产生激励力、并利用所述激励力使所述待测板片进行振动；所述力传感器位于所述待测板片的悬挂端，用于测量所述激励力；所述加速度传感器位于所述待测板片的自由端，用于测量所述激励力引起的结构响应。

可选地，在本申请的一些实施例中，所述数据采集模块连接至所述力传感器和所述加速度传感器。

可选地，在本申请的一些实施例中，所述夹持装置、所述激振模块和所述数据采集模块均设置于所述检测柜的背面。

可选地，在本申请的一些实施例中，所述夹持装置通过钢丝绳悬挂于所述检测柜的背面。

可选地，在本申请的一些实施例中，在所述夹持装置的内表面设置有硬质橡胶层，用来直接接触且夹持所述待测板片的悬挂端；所述夹持装置的外表面设置为金属层，采用螺纹连接所述力传感器和所述加速度传感器。

可选地，在本申请的一些实施例中，所述换热器板片裂纹检测装置还设置有：指示灯，设置在所述检测柜的正面，且位于所述检测柜的上方位置，用于指示所述换热器板片裂纹检测装置当前的运行状态。

可选地，在本申请的一些实施例中，所述换热器板片裂纹检测装置还设置有：指令输入和显示装置，设置在所述检测柜的正面，且位于所述指示灯的下方，用于操作所述换热器板片裂纹检测装置中装载的板片裂纹检测软件。

可选地，在本申请的一些实施例中，所述指令输入和显示装置包括触摸式显示屏、键盘和/或鼠标。

可选地，在本申请的一些实施例中，所述工控机设置在所述检测柜的正面，且位于所述指令输入和显示装置的下方，用于连接所述数据采集模块和所述指令输入和显示装置。

可选地，在本申请的一些实施例中，所述换热器板片裂纹检测装置还包括：多个万向轮，设置在所述检测柜的底部，用于移动所述检测柜。

可选地，在本申请的一些实施例中，所述万向轮包括：至少一对刹车轮，用来固定所述检测柜。

为实现上述目的，本申请还提供一种裂纹检测方法，采用上述换热器板片裂纹检测装置，所述裂纹检测方法包括：

步骤S1，判断待测板片是否已经经过训练，若已经过训练，则执行步骤S2至S4，否则执行步骤S5至S6；

步骤S2，选择在线检测的模式，输入所述待测板片的型号，然后启动所述换热器板片裂纹检测装置；

步骤S3，显示所述待测板片的振动数据图像；

步骤S4，采集数据完成，按下检测按钮，输出检测结果报告；

步骤S5，选择模型更新的模式，输入所述待测板片的型号，启动所述换热器板片裂纹检测装置；

步骤S6，自动采集所述待测板片的振动数据，进行重新训练，待训练完成后，更新且保存检测算法模型，然后执行所述步骤S2至S4进行所述待测板片的裂纹检测。

可选地，在本申请的一些实施例中，在所述步骤S2中，经由一指令输入和显示装置输入所述待测板片的型号，然后启动所述换热器板片裂纹检测装置的激振模块。

可选地，在本申请的一些实施例中，在所述步骤S3中，所述振动数据图像包括：激振点的力、自由点的加速度、板片的频响函数和相干函数等图像。

可选地，在本申请的一些实施例中，在所述步骤S4中，当由数据采集模块采集到数据后，自动调用所述待测板片对应的型号板片的算法模型，由检测分析系统输出检测结果报告。

综上，本申请的有益效果是：本申请实施例提供一种换热器板片裂纹检测装置及其裂纹检测方法，其基于无损检测技术，通过传感器采集板片振动信号，借助模态分析技术获得板片的模态频率信息，结合机器学习技术识别裂纹。本申请换热器板片裂纹检测装置结构简单，操作方便，能够替代人工目测，提高检测效率，可实现批量检测。此外，本申请换热器板片裂纹检测装置还具有能适用于多种规格材质的板片检测，系统经重新训练学习后可用于该型号板片的裂纹检测。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提供的换热器板片裂纹检测装置的正面结构示意图；

图2是本申请一实施例提供的所述换热器板片裂纹检测装置的背面结构示意图；

图3是本申请一实施例提供的所述换热器板片裂纹检测装置的主要结构关联简图；

图4是本申请其中一实施例提供的检测分析系统的软件架构图；

图5是本申请其中一实施例提供的所述换热器板片裂纹检测装置的裂纹检测方法。

主要附图标记说明：

换热器板片裂纹检测装置1 待测板片 9

悬挂端 901 自由端 902

检测柜 10 背面 101

正面 102 抽屉 103

万向轮 104 夹持装置 20

钢丝绳 201 激振模块 30

信号发生器 301 激振器 302

力传感器 303 加速度传感器 304

数据采集模块 40 检测分析系统 50

指示灯 60 指令输入和显示装置 70

显示屏 701 键盘和鼠标 702

工控机 80。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请，并不用于限制本申请。在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”、“下”、“左”和“右”可以是装置实际使用或工作状态的方向，也可以是参考附图中的图面方向，还可以是指相对的两个方向；而“内”和“外”则是针对装置的轮廓而言的。

请结合参阅图1、图2和图3，本申请实施例提供一种换热器板片裂纹检测装置1，用来检测待测板片9的裂纹。所述换热器板片裂纹检测装置1包括检测柜10、夹持装置20、激振模块30、数据采集模块40和工控机80。

具体地，所述检测柜10用来装载所述夹持装置20、所述激振模块30、所述数据采集模块40和所述检测分析系统50。

所述夹持装置20悬挂式设置于所述检测柜10中，其中所述待测板片9具有悬挂端901和自由端902，所述夹持装置20用来夹持所述待测板片9的悬挂端901，使得所述待测板片9处于自由状态。

所述激振模块30连接至所述待测板片9、能够对所述待测板片9的悬挂端901进行激励、使得所述待测板片9进行振动。

所述数据采集模块40连接至所述激振模块30、用来采集并存储所述待测板片9的振动信号。

所述工控机80装载有检测分析系统50，且连接所述数据采集模块40，所述检测分析系统50用来分析所述振动信号、得到所述待测板片的结构参数、将所述结构参数与正常结构参数和裂纹结构参数进行比较、以及输出检测报告。

在其中一实施例中，如图2所示，所述夹持装置20、所述激振模块30和所述数据采集模块40均设置于所述检测柜10的背面101。

所述夹持装置20悬挂式设置于所述检测柜10中。例如，如图2和图3所示，所述夹持装置20是通过钢丝绳201悬挂于所述检测柜10的背面101，在所述夹持装置20的内表面设置有硬质橡胶层(未图示)，用来直接接触且夹持所述待测板片9的悬挂端901，所述夹持装置20的外表面设置为金属层(未图示)，采用螺纹连接所述激振模块30的力传感器303和加速度传感器304。

所述激振模块30连接至所述待测板片9、能够对所述待测板片9的悬挂端901进行激励、使得所述待测板片9进行振动。在本申请一实施例中，如图2和图3所示，所述激振模块30包括：信号发生器301、激振器302、力传感器303和加速度传感器304。

所述信号发生器301用作信号源，能够发出信号、将所述信号传递给所述激振器302。所述激振器302能够根据所述信号产生激励力、并利用所述激励力使所述待测板片9进行振动。具体地，所述信号发生器301发出的信号能够使所述激振器302进行特定波形和频率的振动，从而振动所述待测板片9。

所述力传感器303位于所述待测板片9的悬挂端901，用于测量所述激励力。所述加速度传感器304位于所述待测板片9的自由端902，用于测量所述激励力引起的结构响应。

所述数据采集模块40连接至所述激振模块30、用来采集并存储所述待测板片9的振动信号。在本申请一实施例中，如图3所示，所述数据采集模块40连接至所述力传感器303和所述加速度传感器304。在本申请一实施例中，所述数据采集模块40由传感器、控制器等单元组成。

本申请换热器板片裂纹检测装置1是基于无损检测技术，通过传感器采集板片振动信号，借助模态分析技术获得板片的模态频率信息，结合机器学习技术识别裂纹。本申请换热器板片裂纹检测装置1结构简单，操作方便，能够替代人工目测，提高检测效率，可实现批量检测。此外，本申请换热器板片裂纹检测装置1还具有能适用于多种规格材质的板片检测，系统经重新训练学习后可用于该型号板片的裂纹检测。

在本申请一实施例中，如图1所示，在所述换热器板片裂纹检测装置1的检测柜10的正面102设置有：指示灯60、指令输入和显示装置70和工控机80。

所述指示灯60设置在所述检测柜10的上方位置，用于指示所述换热器板片裂纹检测装置1当前的运行状态。

所述指令输入和显示装置70设置在所述指示灯60的下方，用于操作所述换热器板片裂纹检测装置1中装载的板片裂纹检测软件。

所述工控机80位于所述指令输入和显示装置70的下方，用于连接所述数据采集模块40和所述指令输入和显示装置70。所述工控机80依据所述检测分析系统50完成数据分析。在本申请一实施例中，所述工控机80具有计算机主板、CPU、GPU、硬盘、内存、外设及接口，并有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面等配置。

在本申请一实施例中，如图1所示，所述指令输入和显示装置70包括触摸式显示屏701、键盘和/或鼠标702。

如图1所示，所述换热器板片裂纹检测装置1还包括：多个万向轮104，设置在所述检测柜10的底部，用于移动所述检测柜10。其中，所述万向轮104包括：至少一对刹车轮，用来固定所述检测柜10。

在本申请一实施例中，所述换热器板片裂纹检测装置1包括4个万向轮104，其中2个万向轮104带有刹车功能，也就是刹车轮。

此外，在所述检测柜10的正面102还设置有：抽屉103，位于所述工控机80的下方位置。

下面将详细介绍本申请其中一实施例提供的所述检测分析系统50。

所述检测分析系统负责分析正常板片和裂纹板片的结构参数，从而实现待测板片的裂纹检测。

请参照图4所示的本申请其中一实施例提供的所述检测分析系统的软件架构图。

所述检测分析系统基于Windows平台，开发专为测试而设计的系统工程软件(NILabVIEW)，所述检测分析系统主要由数据采集层、用户交互层、信号处理层等组成。

所述用户交互层包含：在线检测的模式和模型更新的模式，所述在线检测的模式能够直接检测在数据库中存在的板片型号，而所述模型更新的模式则用于更新新型的板片。

在所述在线检测的模式中包括：板号输入模块、振动显示模块、检测分析模块和数据存储模块。

在所述模型更新的模式中包括：板号输入模块、振动显示模块和模型更新模块。

请参照图5所示的本申请其中一实施例提供的所述换热器板片裂纹检测装置的裂纹检测方法，包括以下步骤：

步骤S1，判断此型号待测板片是否已经经过训练，若已经过训练，则执行步骤S2～S4，否则执行步骤S5～S6；

步骤S2，选择在线检测的模式，输入所述待测板片的型号，然后启动所述换热器板片裂纹检测装置。由于波纹板板片种类繁多，不同待测板片的结构、尺寸、材质都存在一定的差异。在该模式下，由于在数据采集时用到的检测算法模型不同，因此每次检测之前需要加载该型号待测板片的配置文件。具体实施时，此步骤是由检测者经由板号输入模块(例如指令输入和显示装置：键盘或鼠标)完成，然后启动所述换热器板片裂纹检测装置的激振模块。

步骤S3，显示所述待测板片的振动数据图像；在其中一实施例中，所述振动数据图像包括：激振点的力、自由点的加速度、板片的频响函数和相干函数等图像。通过所述振动显示模块可查看板片振动的状态以及模态频率。具体实施时，此步骤是由振动显示模块(例如触摸显示屏)自动显示振动数据图像。

步骤S4，采集数据完成，按下检测按钮，输出检测结果报告；具体是，当所述数据采集模块采集到一定数量的数据后，按下检测按钮，自动调用所述待测板片对应的型号板片的算法模型，由检测分析系统软件输出检测结果报告。

步骤S5，选择模型更新的模式，输入所述待测板片的型号，启动检测装置。

步骤S6，自动采集所述待测板片的振动数据，进行重新训练，待训练完成后，更新且保存检测算法模型，然后执行步骤S2～S4进行所述待测板片的裂纹检测。

通过以上描述可知，本申请一实施例提供的所述换热器板片裂纹检测装置1包括硬件设计和软件设计开发。硬件设计包括板片夹持装置20、激振模块30、数据采集模块40和检测柜10等，软件设计包括常规的数据采集、信号处理、用户交互、结构故障诊断技术、机器学习技术等内容。

本申请通过识别待测板片9的模态频率来进行基于振动的裂纹检测。在该装置的激振模块30中，所述信号发生器301作为信号源，将所述信号传递给所述激振器302，在所述激振器302的作用下，所述待测板片9进行激励。所述力传感器303位于所述待测板片9的激振端，用于测量激励力。所述加速度传感器304位于所述待测板片9的自由端902，用于测量所述激励力引起的结构响应。所述数据采集模块40将采集到的振动信号存贮，以便后续分析。所述检测分析系统50负责分析正常和裂纹板片结构参数，从而实现待测板片9的裂纹检测。

综上，本申请实施例提供一种换热器板片裂纹检测装置及其裂纹检测方法，其基于无损检测技术，通过传感器采集板片振动信号，借助模态分析技术获得板片的模态频率信息，结合机器学习技术识别裂纹。本申请换热器板片裂纹检测装置结构简单，操作方便，能够替代人工目测，提高检测效率，可实现批量检测。此外，本申请换热器板片裂纹检测装置还具有能适用于多种规格材质的板片检测，系统经重新训练学习后可用于该型号板片的裂纹检测。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上对本申请实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (14)

1.一种换热器板片裂纹检测装置，用来检测待测板片的裂纹；其特征在于，所述换热器板片裂纹检测装置包括：

检测柜；

夹持装置，悬挂式设置于所述检测柜中，其中所述待测板片具有悬挂端和自由端，所述夹持装置用来夹持所述待测板片的悬挂端，使得所述待测板片处于自由状态；

激振模块，连接至所述待测板片、能够对所述待测板片的悬挂端进行激励、使得所述待测板片进行振动；

数据采集模块，连接至所述激振模块、用来采集并存储所述待测板片的振动信号；以及

工控机，装载有检测分析系统且连接所述数据采集模块，所述检测分析系统用来分析所述振动信号、得到所述待测板片的结构参数、将所述结构参数与正常结构参数和裂纹结构参数进行比较、以及输出检测报告。

2.如权利要求1所述的换热器板片裂纹检测装置，其特征在于，所述激振模块包括：信号发生器、激振器、力传感器和加速度传感器；

所述信号发生器，用作信号源，能够发出信号、将所述信号传递给所述激振器；

所述激振器，能够根据所述信号产生激励力、并利用所述激励力使所述待测板片进行振动；

所述力传感器，位于所述待测板片的悬挂端，用于测量所述激励力；

所述加速度传感器，位于所述待测板片的自由端，用于测量所述激励力引起的结构响应。

3.如权利要求2所述的换热器板片裂纹检测装置，其特征在于，所述数据采集模块连接至所述力传感器和所述加速度传感器。

4.如权利要求1所述的换热器板片裂纹检测装置，其特征在于，所述夹持装置、所述激振模块和所述数据采集模块均设置于所述检测柜的背面。

5.如权利要求2所述的换热器板片裂纹检测装置，其特征在于，所述夹持装置通过钢丝绳悬挂于所述检测柜的背面。

6.如权利要求5所述的换热器板片裂纹检测装置，其特征在于，在所述夹持装置的内表面设置有硬质橡胶层，用来直接接触且夹持所述待测板片的悬挂端；所述夹持装置的外表面设置为金属层，采用螺纹连接所述力传感器和所述加速度传感器。

7.如权利要求1所述的换热器板片裂纹检测装置，其特征在于，所述换热器板片裂纹检测装置还设置有：

指示灯，设置在所述检测柜的正面，且位于所述检测柜的上方位置，用于指示所述换热器板片裂纹检测装置当前的运行状态。

8.如权利要求7所述的换热器板片裂纹检测装置，其特征在于，所述换热器板片裂纹检测装置还设置有：

指令输入和显示装置，设置在所述检测柜的正面，且位于所述指示灯的下方，用于操作所述换热器板片裂纹检测装置中装载的板片裂纹检测软件。

9.如权利要求8所述的换热器板片裂纹检测装置，其特征在于，所述指令输入和显示装置包括触摸式显示屏、键盘和/或鼠标。

10.如权利要求8所述的换热器板片裂纹检测装置，其特征在于，所述工控机设置在所述检测柜的正面，且位于所述指令输入和显示装置的下方，用于连接所述数据采集模块和所述指令输入和显示装置。

11.如权利要求1所述的换热器板片裂纹检测装置，其特征在于，所述换热器板片裂纹检测装置还包括：

多个万向轮，设置在所述检测柜的底部，用于移动所述检测柜。

12.如权利要求11所述的换热器板片裂纹检测装置，其特征在于，所述万向轮包括：至少一对刹车轮，用来固定所述检测柜。

13.一种裂纹检测方法，采用如权利要求1至12中任意一项所述的换热器板片裂纹检测装置，其特征在于，所述裂纹检测方法包括：

步骤S1，判断此型号的待测板片是否已经经过训练，若已经过训练，则执行步骤S2至S4，否则执行步骤S5至S6；

步骤S2，选择在线检测的模式，输入所述待测板片的型号，然后启动所述换热器板片裂纹检测装置；

步骤S3，显示所述待测板片的振动数据图像；

步骤S4，采集数据完成，按下检测按钮，输出检测结果报告；

步骤S5，选择模型更新的模式，输入所述待测板片的型号，启动所述换热器板片裂纹检测装置；

步骤S6，自动采集所述待测板片的振动数据，进行重新训练，待训练完成后，更新且保存检测算法模型，然后执行所述步骤S2至S4进行所述待测板片的裂纹检测。

14.如权利要求13所述的裂纹检测方法，其特征在于，

在所述步骤S2中，经由一指令输入和显示装置输入所述待测板片的型号，然后启动所述换热器板片裂纹检测装置的激振模块；

在所述步骤S3中，所述振动数据图像包括：激振点的力、自由点的加速度、板片的频响函数和相干函数等图像；

在所述步骤S4中，当由数据采集模块采集到数据后，自动调用所述待测板片对应的型号板片的算法模型，由检测分析系统输出检测结果报告。

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