CN216484779U - 一种基于超声导波的高温压力容器损伤定位设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及压力容器损伤监测技术领域，具体公开了一种基于超声导波的高温压力容器损伤定位设备，该设备该损伤定位设备采用超声导波信号采集装置采集压力容器的健康信号；所述超声导波信号采集装置包括：布置于压力容器表面的至少两个耐高温超声导波传感器，任意两个耐高温超声导波传感器构成一对激发‑接收传感器对；所述超声导波信号采集装置还包括耐高温超声导波信号发生器、放大器、示波器和计算机，耐高温超声导波信号发生器与放大器连接，用于将激励信号传至耐高温超声导波传感器，通过示波器将耐高温超声导波传感器反馈的电信号保存至计算机，通过计算机进行信号处理及损伤定位。
Description
技术领域
本实用新型涉及压力容器损伤监测技术领域，具体为一种基于超声导波的高温压力容器损伤定位设备。
背景技术
压力容器是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备。它广泛应用于化工、石油、机械、动力、航空以及航天等领域，是传热、传质、反应等工艺过程，以及贮存、运输有压力的气体或液化气体必不可少的设备。但是压力容器使用条件比较苛刻，工作环境恶劣，通常在高温高压的工况下运行，这一特点使得压力容器的检验、维护和管理困难，若企业不配备或缺乏懂得压力容器专业知识和了解国家对压力容器的有关法规、标准的技术管理人员，极易造成操作事故。事故一旦发生，将会严重威胁人们的生命和经济财产安全。因此有必要开展高温环境下的压力容器损伤监测，为设备安全提供保障。
传统的射线检测、渗透检测、涡流检测、磁粉检测和超声检测设备使用的局限性比较大，往往只能够在设备停机时进行检测，而且不能够应用于压力容器这种大型设备的整体检测，使得检测成本较高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于超声导波的高温压力容器损伤定位设备，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于超声导波的高温压力容器损伤定位设备，该损伤定位设备采用超声导波信号采集装置采集压力容器的健康信号；所述超声导波信号采集装置包括：布置于压力容器表面的至少两个耐高温超声导波传感器，任意两个耐高温超声导波传感器构成一对激发-接收传感器对，每个传感器对中的其中一个耐高温超声导波传感器受激励发出超声导波信号，另一个耐高温超声导波传感器则用于接收该超声导波信号；
所述超声导波信号采集装置还包括耐高温超声导波信号发生器、放大器、示波器和计算机，耐高温超声导波信号发生器与放大器连接，用于将激励信号传至耐高温超声导波传感器，通过示波器将耐高温超声导波传感器反馈的电信号保存至计算机，通过计算机进行信号处理及损伤定位。
优选的，所述耐高温超声导波传感器通过耐高温导电胶粘贴于压力容器表面，避免传感器高温下脱落。
优选的，所述耐高温超声导波信号发生器用于激励并输出所需的超声导波电信号。
优选的，所述放大器用于放大超声导波电信号，放大倍数为20～100，用于保证足够的激发功率。
优选的，所述示波器用于接收耐高温超声导波传感器反馈的电信号，并存储该信号至计算机。
优选的，所述计算机用于处理超声导波信号，并通过算法计算超声导波缺陷位置。
优选的，所述耐高温超声导波信号发生器激励的信号频率为传感器中心频率。
优选的，所述耐高温超声导波传感器使用前进行扫频操作，记录传感器中心频率及带宽。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型提供的一种基于超声导波的高温压力容器损伤定位设备，通过超声导波监测方法可以实时的、在线的监测高温环境下的压力容器运行状态，本方案结合了信号处理和成像方法的超声导波检测技术，使其更适用于在役结构的健康监测，并且该方法是一种主动的监测方法，可根据需要随时获取压力容器健康状况。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2为本实用新型的实施例中压力容器损伤定位的整体流程示意图；
图3为本实用新型的实施例中的高温压力容器损伤定位示意图。
图中：1、耐高温超声导波信号发生器；2、放大器；3、示波器；4、计算机；5、压力容器；6、耐高温导电胶；7、耐高温超声导波传感器。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面结合附图1～3描述本发明的实施例，以作进一步的说明：
当采用本方案中提出的基于超声导波的高温压力容器损伤定位设备进行压力容器损伤定位时，其操作流程主要包括压力容器运行温度点划分、各温度点基准信号采集、归一化、滤波以及降噪处理、待监测容器导波信号采集、归一化、滤波以及降噪处理、集合经验模态分解提取特征、损伤定位。
具体包括以下步骤：
步骤S1，本实施例中所选择的压力容器5温度运行范围为0℃至300℃，因此以10℃为间隔，从0℃到压力容器5运行最高温度300℃进行划分，并将划分后的每个温度节点依次标记为温度点1，温度点2…；
步骤S2，依次将压力容器5运行环境调整为上述步骤S1中划分后的每个温度点，使用超声导波信号采集系统采集压力容器5各个温度点下的健康信号；
步骤S3，将采集的健康信号进行归一化、滤波以及降噪处理，形成基准信号数据集；
步骤S4，采集正常运行状态下的压力容器5的超声导波信号，并进行滤波、降噪以及归一化处理；
步骤S5，通过集合经验模态分解方法提取导波特征信息；
步骤S6，通过损伤定位算法对压力容器5进行损伤定位，获得压力容器5健康状况。
进一步地，在步骤S1中，每个温度点下压力容器5的运行压力、工作介质等运行状态都要保持与实际工作状态一致。
进一步地，在步骤S2中，所述超声导波信号采集系统包括：耐高温超声导波信号发生器1、放大器2、示波器3、计算机4、压力容器5、耐高温导电胶6以及耐高温超声导波传感器7；
压力容器5的表面布置有8个耐高温超声导波传感器7，任意两个所述耐高温超声导波传感器7构成一对激发-接收传感器对，每个传感器对中一个耐高温超声导波传感器7受激励发出超声导波信号，另一个耐高温超声导波传感器7则用于接收该超声导波信号；
放大器2，用于放大超声导波电信号，放大倍数为100倍，保证足够的激发功率；
示波器3用于接收耐高温超声导波传感器反馈的电信号，并存储该信号至计算机；
计算机4，用于处理超声导波信号，并通过算法计算超声导波缺陷位置。
更具体的实施方式为：耐高温超声导波传感器7与压力容器5通过耐高温导电胶6连接，避免传感器高温下脱落；耐高温超声导波信号发生器1与放大器2连接，激励信号传至耐高温超声导波传感器7，通过示波器3保存传感器信号至计算机4进行信号处理及损伤定位。
进一步地，所述耐高温超声导波传感器7使用前应进行扫频操作，记录传感器中心频率为210KHz及带宽为160KHz-260KHz。
进一步地，所述耐高温超声导波信号发生器1激励的信号频率为传感器中心频率210KHz。
进一步地，在步骤S3中，通过最大最小值归一化方法处理导波信号；滤波需要根据传感器带宽160KHz-260KHz进行设置，对滤波后的导波信号进行小波降噪处理。
进一步地，在步骤S5中，通过集合经验模态分解方法分离干扰信号，提取有效特征。
进一步地，在步骤S6中，所述损伤定位算法为基于椭圆的损伤定位算法，具体方程为：S＝TD+DR，缺陷位于以激励传感器T和接收传感器R为焦点，S为长轴的椭圆轨迹上。
进一步地，在步骤S6中，所述损伤定位算法需要使用基准信号，基准信号由步骤S2中相近两个温度点的健康信号插值获得。
由于本实例测量压力容器5的温度点为75℃，因此采用70℃及80℃基准信号插值获得75℃基准信号，进一步进行损伤定位，定位结果如图3所示。
图中上方的圆圈代表实损伤位置，下方的圆圈代表最终确定的损伤定位结果，可以看出两结果几乎重合，定位准确，这说明本发明提出的方法准确定位了压力容器5损伤，实现了高温环境下基于超声导波技术的压力容器5损伤定位。
值得注意的是：整个装置通过控制器对其实现控制，由于控制器为常用设备，属于现有成熟技术，在此不再赘述其电性连接关系以及具体的电路结构。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种基于超声导波的高温压力容器损伤定位设备，其特征在于：该损伤定位设备采用超声导波信号采集装置采集压力容器(5)的健康信号；所述超声导波信号采集装置包括：布置于压力容器(5)表面的至少两个耐高温超声导波传感器(7)，任意两个耐高温超声导波传感器(7)构成一对激发-接收传感器对，每个传感器对中的其中一个耐高温超声导波传感器(7)受激励发出超声导波信号，另一个耐高温超声导波传感器(7)则用于接收该超声导波信号；
所述超声导波信号采集装置还包括耐高温超声导波信号发生器(1)、放大器(2)、示波器(3)和计算机(4)，耐高温超声导波信号发生器(1)与放大器(2)连接，用于将激励信号传至耐高温超声导波传感器(7)，通过示波器(3)将耐高温超声导波传感器(7)反馈的电信号保存至计算机(4)，通过计算机(4)进行信号处理及损伤定位。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声导波的高温压力容器损伤定位设备，其特征在于：所述耐高温超声导波传感器(7)通过耐高温导电胶(6)粘贴于压力容器(5)表面，避免耐高温超声导波传感器(7)高温下脱落。
3.根据权利要求1所述的一种基于超声导波的高温压力容器损伤定位设备，其特征在于：所述耐高温超声导波信号发生器(1)用于激励并输出超声导波电信号。
4.根据权利要求1所述的一种基于超声导波的高温压力容器损伤定位设备，其特征在于：所述放大器(2)用于放大超声导波电信号，放大倍数为20～100，用于保证足够的激发功率。
5.根据权利要求1所述的一种基于超声导波的高温压力容器损伤定位设备，其特征在于：所述示波器(3)用于接收耐高温超声导波传感器(7)反馈的电信号，并存储该信号至计算机(4)。
6.根据权利要求1所述的一种基于超声导波的高温压力容器损伤定位设备，其特征在于：所述计算机(4)用于处理超声导波信号，并通过算法计算超声导波缺陷位置。
7.根据权利要求1所述的一种基于超声导波的高温压力容器损伤定位设备，其特征在于：所述耐高温超声导波信号发生器(1)激励的信号频率为传感器中心频率。
8.根据权利要求1所述的一种基于超声导波的高温压力容器损伤定位设备，其特征在于：所述耐高温超声导波传感器(7)使用前进行扫频操作，记录传感器中心频率及带宽。
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| CN113655117A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-11-16 | 上海核工程研究设计院有限公司 | 一种基于超声导波的高温压力容器损伤定位方法 |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
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Denomination of utility model: A damage localization device for high-temperature pressure vessels based on ultrasonic guided waves Granted publication date: 20220510 Pledgee: China Construction Bank Corporation Shanghai Xuhui sub branch Pledgor: Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute Co.,Ltd. Registration number: Y2024310000378 |