RU2042123C1 - Multiprofile acoustic leak detector and process of its tuning - Google Patents
Multiprofile acoustic leak detector and process of its tuning Download PDFInfo
- Publication number
- RU2042123C1 RU2042123C1 SU5036381A RU2042123C1 RU 2042123 C1 RU2042123 C1 RU 2042123C1 SU 5036381 A SU5036381 A SU 5036381A RU 2042123 C1 RU2042123 C1 RU 2042123C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- leak detector
- acoustic
- frequency
- signal
- unit
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Многопрофильный акустический течеискатель является устройством акустического контроля непроницаемости и герметичности, предназначен для неразрушающего диагностирования дефектов трубопроводов, запорных и невозвратно- запорных устройств, герметичных сосудов и барокамер, находящихся как при избыточном давлении, так и в нормальных условиях, определения наружных протечек на фланцах, дверях, люках, определения качества сварных швов, определения текущей (негерметичной) трубки в устройствах типа теплообменного аппарата (парогенератора), для приема акустических эмиссионных сигналов, возникающих при кавитации и разрушении материала. A multidisciplinary acoustic leak detector is an acoustic tightness and tightness control device designed for non-destructive diagnosis of defects in pipelines, shut-off and non-return shut-off devices, sealed vessels and pressure chambers located both under excessive pressure and in normal conditions, and for determining external leaks on flanges, doors, hatches, determining the quality of welds, determining the current (leaky) tube in devices such as a heat exchanger (steam generator), d For receiving acoustic emission signals arising from cavitation and material destruction.
Известные способы акустического контроля, основанные на индикации акустико-эмиссионных сигналов, возникающих при перетекании рабочей жидкости или газа через неплотности контролируемого устройства, являются недостаточно чувствительными из-за влияния на контроль сопутствующих акустических помех и достаточно сложного оборудования и методик измерения. Known methods of acoustic control, based on the indication of acoustic emission signals that occur during the flow of a working fluid or gas through leaks of a controlled device, are not sensitive enough due to the influence of accompanying acoustic noise and rather complicated equipment and measurement techniques on the control.
Известны схемы, использующие принцип преобразования механического сигнала в электрический, в которых вырабатывается частотный огибающий сигнал, имеющий характеристики воспринимаемого ультразвукового шума, схемы, основанные на обнаружении зависимостей огибающих спектров сигналов и помех и др. решения. Known circuits that use the principle of converting a mechanical signal into an electric one, in which a frequency envelope signal is generated that has the characteristics of perceived ultrasonic noise, circuits based on the detection of dependences of the envelopes of signal spectra and noise, and other solutions.
К недостаткам этих решений можно отнести:
1. Отсутствие реализации акустических особенностей керамических и пьезопреобразователей, неравномерность амплитудно-частотной характеристики которых достигает 30 дБ в рабочем диапазоне частот при приеме волн Рэлея.The disadvantages of these solutions include:
1. The lack of implementation of the acoustic features of ceramic and piezoelectric transducers, the unevenness of the amplitude-frequency characteristics of which reaches 30 dB in the operating frequency range when receiving Rayleigh waves.
(См. заявки Японии N 52-10400, N 56-44367, N 57-24495, Патент США N 4287581). (See Japanese Applications N 52-10400, N 56-44367, N 57-24495, U.S. Patent 4,287,581).
2. Наличие устройств типа компараторов, схем временных задержек сигналов и др. требующих стационарной установки датчиков, что для переносных приборов и сложных объектов контроля является проблематичным: (см. авт. свид. СССР N 1089442 СССР, N 1305545). 2. The presence of devices such as comparators, time-delay circuits of signals, etc. requiring stationary installation of sensors, which is problematic for portable devices and complex monitoring objects: (see ed. Certificate of the USSR N 1089442 USSR, N 1305545).
3. Наличие пробного газа, требования к опрессовке устройств требуют дорогостоящих манипуляций. 3. The presence of test gas, the requirements for crimping devices require expensive manipulations.
Наиболее близким к предлагаемому решению является индикатор ультразвуковых колебаний ИКУ-1, включающий в себя пьезопреобразователь с волноводом, предварительный и основной усилитель с полосовым фильтром восьмого порядка, блок выделения огибающей и устройство индикации со ступенчатым автоматическим аттенюатором. Closest to the proposed solution is an indicator of ultrasonic vibrations IKU-1, which includes a piezoelectric transducer with a waveguide, a preliminary and main amplifier with an eighth-order bandpass filter, an envelope extraction unit, and an indication device with a step automatic attenuator.
К недостаткам этой конструкции могут быть отнесены: отсутствие работы в широком частотном диапазоне рабочая частота: Fр= 105 ± 5 кГц; слабая помехозащищенность при наличии лишь одного фильтра, заданность частотного фильтра восьмого порядка с большим количеством элементов при строго говоря переменной величине резонансной частоты пьезопреобразователя с волноводом; (эта резонансная частота зависит от способа крепления керамики, точности изготовления волновода, усилия прижатия и т.д. величин непостоянных); нелинейность рабочей характеристики; большое энергопотребление (≈ 18 ВА), требующее отдельного блока питания.The disadvantages of this design can be attributed to: lack of work in a wide frequency range operating frequency: F p = 105 ± 5 kHz; weak noise immunity in the presence of only one filter, preset eighth-order frequency filter with a large number of elements, strictly speaking a variable value of the resonant frequency of the piezoelectric transducer with a waveguide; (this resonant frequency depends on the method of fastening the ceramics, the accuracy of the manufacture of the waveguide, the pressing force, etc. of the values are unstable); non-linearity of performance; high power consumption (≈ 18 VA), requiring a separate power supply.
Целью изобретения является: повышение чувствительности течеискателя; увеличение помехозащищенности; линеаризация рабочей характеристики; малое энергопотребление. The aim of the invention is: increasing the sensitivity of the leak detector; increased noise immunity; linearization of performance; low power consumption.
Для достижения указанной цели в схеме многофункционального акустического течеискателя применены: широкополосный керамический пьезопреобразователь, блок перенастраиваемых узкополосных фильтров, схема компрессии электрического сигнала. To achieve this goal, the following are used in the multifunctional acoustic leak detector circuit: a wide-band ceramic piezoelectric transducer, a block of reconfigurable narrow-band filters, an electric signal compression scheme.
Использование в устройстве указанных элементов позволяет реализовать индивидуальные физические особенности керамических широкополосных пьезопреобразо- вателей и задать оптимальные условия приема сигналов акустической эмиссии. The use of these elements in the device makes it possible to realize individual physical features of ceramic broadband piezoelectric transducers and to set optimal conditions for receiving acoustic emission signals.
Эти условия реализуются путем соответствующей электроакустической настройки схемы устройства. Указанная настройка включает в себя следующие операции:
1. Выбор широкополосного пьезопреобразователя (ПП).These conditions are realized by appropriate electro-acoustic adjustment of the device circuit. The specified setting includes the following operations:
1. The choice of broadband piezoelectric transducer (PP).
2. Определение амплитудно-частотной характеристики ПП на установке, в которую входит ЭВМ, в программу которой заложена акустическая формула теоремы взаимности, либо графическим способом. 2. Determination of the amplitude-frequency characteristics of the PP at the installation, which includes the computer, the program of which contains the acoustic formula of the reciprocity theorem, or graphically.
3. Предварительная настройка фильтров течеискателя на резонансные частоты. 3. Pre-setting leak detector filters for resonant frequencies.
4. Окончательная электроакустическая настройка, корректирующая искажения АЧХ, возникающие при креплении ПП в любом держателе, обойме, щупе и т.д. 4. The final electro-acoustic setting, correcting the distortion of the frequency response that occurs when mounting the PCB in any holder, clip, probe, etc.
Таким образом, каждый течеискатель имеет индивидуальную электроакустическую настройку, соответствующую АЧХ широкополосного ПП. Thus, each leak detector has an individual electro-acoustic setting corresponding to the frequency response of broadband software.
В табл. 1 приводятся сравнительные данные минимально контролируемых уровней протечек (МКУ) двух течеискателей: по предлагаемому решению и прототипу. Данные приведены для различных сред. In the table. 1 shows comparative data of the minimally controlled leakage levels (MCU) of two leak detectors: according to the proposed solution and prototype. Data shown for various environments.
На фиг. 1 и 2 представлены графики зависимостей МКУ (Q л/мин) от перепада давления на запорном устройстве, взятом в качестве контролируемого объекта (Δ Р кгс/см2). Графики приведены также для различных рабочих сред.In FIG. 1 and 2 are graphs of the dependences of the MCU (Q l / min) on the differential pressure on the shut-off device, taken as a controlled object (Δ P kgf / cm 2 ). Graphs are also provided for various work environments.
На фиг. 3 представлена блок схема течеискателя. In FIG. 3 shows a block diagram of a leak detector.
Hаличие в cхеме уcтройcтва компреccии cигнала позволило раcширить динамичеcкий диапазон течеиcкателя на 30-40 дБ, т.е. получить на выходе практичеcки поcтоянный cигнал при изменении уровня на входе на 30-40 дБ и коcвенно cудить об интенcивноcти течи. The presence in the circuit of the device for signal compression made it possible to expand the dynamic range of the leak detector by 30-40 dB, i.e. to get a practically constant signal at the output when the input level changes by 30-40 dB and to judge the leak rate.
Блок-схема течеискателя содержит следующие элементы:
1 а пьезопреобразователь узкополосный приемный для бесконтактного поиска течи (ультразвуковой микрофон).The leak detector block diagram contains the following elements:
1 a piezoelectric transducer narrow-band receiving for non-contact leak detection (ultrasonic microphone).
I-ПП широкополосный приемный П пьезоизлучатель на фиксированной ультразвуковой частоте
2 предварительный усилитель
3 основной усилитель
4 блок выделения огибающей высокочастотного сигнала
5 блок узкополосных перестраиваемых фильтров
6 схема компрессии сигнала
7 гетеродинный преобразователь
8 смеситель
9 усилитель низкой частоты,
10 блок питания
12 ультразвуковой генератор на фиксированную частоту
13 батарея питания имитатора акустико-эмиссионных сигналов.I-PP broadband receiving P piezo emitter at a fixed ultrasonic frequency
2 preamplifier
3 main amplifier
4 high-frequency envelope envelope selection unit
5 block narrow-band tunable filters
6 signal compression scheme
7 heterodyne converter
8 mixer
9 low frequency amplifier,
10 power supply
12 fixed frequency ultrasonic generator
13 battery power simulator acoustic emission signals.
Узлы и блоки течеискателя выполнены на базе широко применяемых комплектующих элементов по достаточно известным принципам проектирования. The nodes and blocks of the leak detector are made on the basis of widely used component parts according to well-known design principles.
Наиболее важным узлом схемы является блок фильтров, в котором используется двойной Т-образный мост. Максимум усиления фильтра на резонансной частоте зависит от коэффициента усиления операционного усилителя и точности настройки моста. При точности номиналов элементов 0,1% коэффициент передачи фильтра превышает 50 дБ. Полоса пропускания фильтров по уровню 0,7 одного из вариантов настройки указана в табл. 3. Фактически добротность фильтров зависит еще от полосы пиков экстремумов по максимуму коэффициентов преобразования ПП и существенно улучшается при правильном определении АЧХ ПП и соответствующей электроакустической настройке течеискателя. The most important unit of the circuit is the filter unit, which uses a double T-bridge. The maximum filter gain at the resonant frequency depends on the gain of the operational amplifier and the accuracy of the bridge settings. With an accuracy of element ratings of 0.1%, the transmission coefficient of the filter exceeds 50 dB. The filter bandwidth at the level of 0.7 of one of the settings is shown in the table. 3. In fact, the quality factor of the filters also depends on the band of peaks of extrema in the maximum conversion coefficients of the PP and is significantly improved with the correct determination of the frequency response of the PP and the corresponding electro-acoustic tuning of the leak detector.
Количество фильтров с учетом перекрытия частотного диапазона 20-240 кГц по уровню 0,2 взято равным восьми. The number of filters, taking into account the overlap of the frequency range of 20-240 kHz at a level of 0.2, is taken equal to eight.
Индикатор МАТ работает следующим образом. The MAT indicator works as follows.
С выхода пьезопреобразователя (ПП) 1 или сигналы акустической эмиссии поступают на предусилитель 2. Оба элемента смонтированы на одном щупе, что значительно (на 50-60 дБ) подавляет уровень электромагнитных помех на входе. Далее сигналы поступают на основной усилитель 3, позволяющий усилить его на резонансной частоте одного из восьми узкополосных фильтров, выбираемых механическим коммутатором. На блоке выделения огибающей высокочастотного сигнала 4 выделяется его постоянная составляющая, которая в зависимости от уровня сигналов акустической эмиссии отклоняет стрелку микроамперметра на некоторое значение. Для исключения зашкаливания прибора при мощных сигналах предусмотрена схема компрессии 6, расширяющая динамический диапазон устройства на 30-40 дБ. Для обеспечения дополнительного слухового контроля высокочастотный сигнал переносится в нормальный диапазон гетеродинным преобразователем. From the output of the piezoelectric transducer (PP) 1 or acoustic emission signals are fed to the
Работает течеискатель в трех режимах. The leak detector works in three modes.
1. Пассивная индикация контактным широкополосным датчиком 1. Производится при наличии градиента давления любой рабочей среды на запорном устройстве. При этом сигнал акустической эмиссии выбирается механическим коммутатором по максимуму его энергетики и минимуму сопутствующих акустических помех. Протечка фиксируется визуально по микроамперметру и на слух с помощью головных телефонов. 1. Passive indication by a
2. Пассивная бесконтактная индикация ультразвуковым микрофоном 1а. Производится на фиксированной резонансной частоте этого микрофона при наличии градиента давления воздуха в исследуемом на герметичность объеме. При этом выбирается фильтр, настроенный на данную частоту. С помощью щупа объем обследуется в местах возможных протечек на слух и визуально. 2. Passive contactless indication with an ultrasonic microphone 1a. It is produced at a fixed resonant frequency of this microphone in the presence of an air pressure gradient in the volume studied for tightness. In this case, a filter tuned to this frequency is selected. Using a probe, the volume is examined in places of possible leaks by ear and visually.
3. Активная бесконтактная индикация ультразвуковым микрофоном. Также производится на фиксированной частоте, на которой работает и имитатор акустической эмиссии (12). Имитатор при этом размещается в исследуемом на герметичность объеме. С помощью щупа данный объем обследуется в местах возможных протечек на слух и визуально. 3. Active contactless indication with an ultrasonic microphone. It is also produced at a fixed frequency, at which the acoustic emission simulator operates (12). The simulator is placed in the volume tested for tightness. With the help of a probe, this volume is examined in places of possible leaks by ear and visually.
В третьем режиме течеискатель достоверно фиксирует неплотности исследуемого объема соответствующие протечкам 1,1 лх хмк/с. In the third mode, the leak detector reliably fixes leaks of the investigated volume corresponding to leaks of 1.1 lx hmk / s.
Электроакустическая настройка схемы сводится к следующим действиям:
1. Выбирается широкополосный керамический пьезопреобразователь (ПП).Electro-acoustic configuration of the circuit is reduced to the following actions:
1. Select a broadband ceramic piezoelectric transducer (PP).
2. Измеряется реальная АЧХ этого ПП. 2. The real frequency response of this PP is measured.
3. Предварительная настройка фильтров, соответствующая реальной АЧХ, производится при помощи обычной техники: генератора сигналов специальной формы, осциллографа и частотомера. 3. Preset filters, corresponding to the real frequency response, are performed using conventional equipment: a special form of signal generator, oscilloscope and frequency meter.
4. Окончательная настройка выполняется на специальном стенде. При этом корректируются искажения АЧХ, возникающие при индивидуальной механической сборке ПП в своем держателе, щупе, обойме и т.д. 4. Final adjustment is carried out on a special stand. At the same time, the frequency response distortions arising from the individual mechanical assembly of the PP in its holder, probe, clip, etc. are corrected.
Итак, электроакустическая настройка индикатора сводится к приведению к идентичности экстремумов АЧХ ПП по максимуму коэффициента преобразования при приеме волн Рэлея и резонансных частот основного усилителя. So, the electro-acoustic adjustment of the indicator is reduced to the identity of the extrema of the frequency response of the PP in the maximum conversion coefficient when receiving Rayleigh waves and resonant frequencies of the main amplifier.
Вариант настройки приведен в табл. 2, где в первой строке обозначены частотные диапазоны течеискателя, во второй экстремумы по максимуму коэффициента преобразования, в третьей фактически полученные резонансные частоты индикатора. Совпадение первой и второй строк возможно в случае слабовыраженных экстремумов. The setting option is given in table. 2, where in the first line the frequency ranges of the leak detector are indicated, in the second extremes the maximum of the conversion coefficient, in the third actually obtained resonant frequencies of the indicator. The coincidence of the first and second lines is possible in the case of mild extremes.
Ниже приводятся основные технические характеристики течеискателя МАТ,
Рабочий диапазон частот, кГц 20-240
Количество узкополосных частотных фильтров 8
Уровень шумов, приведен-
ных ко входу предваритель- ного усилителя, не более 10˙10-6 Потребляемая мощность, Вт 0,96 Напряжение питания от + 20% автономного источника, В ±12
-10%
Время непрерывной работы
от автономного источника питания, ч, не менее 45
Габаритные размеры, мм 234х250х83 Масса, кг 4Below are the main technical characteristics of the MAT leak detector,
Operating frequency range, kHz 20-240
The number of narrow-
Noise level, given
ny to the input of the preliminary amplifier, no more than 10˙10 -6 Power consumption, W 0.96 Supply voltage from + 20% of an autonomous source, V ± 12
-10%
Uptime
from an autonomous power source, h, at least 45
Overall dimensions, mm 234х250х83 Weight,
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5036381 RU2042123C1 (en) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | Multiprofile acoustic leak detector and process of its tuning |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5036381 RU2042123C1 (en) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | Multiprofile acoustic leak detector and process of its tuning |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2042123C1 true RU2042123C1 (en) | 1995-08-20 |
Family
ID=21601390
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5036381 RU2042123C1 (en) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | Multiprofile acoustic leak detector and process of its tuning |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2042123C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107063583A (en) * | 2017-04-20 | 2017-08-18 | 北京声华兴业科技有限公司 | The acoustic emission detection system and method for a kind of valve leak |
RU182961U1 (en) * | 2018-01-10 | 2018-09-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Техническое Предприятие "Инженерно-Производственный Центр" | LEAK ALARM SENSOR |
CN110131595A (en) * | 2019-05-21 | 2019-08-16 | 北京化工大学 | Processing method, the device and system of the slow leakage signal of pipeline |
-
1992
- 1992-02-24 RU SU5036381 patent/RU2042123C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Индикатор ультразвуковых колебаний ИКУ-1, паспорт К-412.50.194, заводской N 9011, 1989. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107063583A (en) * | 2017-04-20 | 2017-08-18 | 北京声华兴业科技有限公司 | The acoustic emission detection system and method for a kind of valve leak |
RU182961U1 (en) * | 2018-01-10 | 2018-09-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Техническое Предприятие "Инженерно-Производственный Центр" | LEAK ALARM SENSOR |
CN110131595A (en) * | 2019-05-21 | 2019-08-16 | 北京化工大学 | Processing method, the device and system of the slow leakage signal of pipeline |
CN110131595B (en) * | 2019-05-21 | 2020-09-04 | 北京化工大学 | Method, device and system for processing pipeline slow leakage signal |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3500676A (en) | Methods and apparatus for detecting leaks | |
CA1038486A (en) | Acoustic emission transducer calibration | |
US4327576A (en) | Acoustic leak detector | |
US3254528A (en) | Transducer mount | |
US3470734A (en) | Apparatus for measuring the surface weight of a material | |
US3462240A (en) | Acoustic apparatus for examining a pipeline for leaks | |
JPS59104004A (en) | Detector for leakage of steam of steam generating boiler | |
RU2042123C1 (en) | Multiprofile acoustic leak detector and process of its tuning | |
GB2177798A (en) | A device for use in pressure microphones for improving their low-frequency properties | |
GB707191A (en) | Apparatus for the detection of fluid leakages from pipes or containers for fluids under pressure | |
JPH0650258B2 (en) | Sound calibration device | |
Wong et al. | Arrangement for precision reciprocity calibration of condenser microphones | |
JPH0515972B2 (en) | ||
SU1657995A1 (en) | Acoustic leak locator | |
RU2092796C1 (en) | Method measuring level of noise in pressure chambers and device for its realization | |
SU1030685A1 (en) | Method and device for dynamic graduation of pressure converter in impact pipe | |
US5555311A (en) | Electro-acoustic system analyzer | |
SU1668929A1 (en) | Method of quality control of cryogenic vacuum vessel heat insulation | |
SU1545083A2 (en) | Acoustic method of detecting leaks of liquid or gas in pressure pipe-lines | |
SU815544A1 (en) | Device for testing articles for fluid-tightness | |
RU2366913C1 (en) | Acoustic leak detector | |
SU1651016A1 (en) | Method of locating pipeline leakage | |
SU628415A1 (en) | Acoustic leak detector | |
Corliss et al. | A Cavity Pressure Method for Measuring the Gain of Hearing Aids | |
SU1223069A1 (en) | Method and device for dynamic calibration of pressure converters immediately on object |