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管道泄漏的声发射检测

发布日期:2014-02-03 10:39    浏览次数:

管道产生泄漏是因为管道因材料腐蚀老化或其他外力作用产生裂纹或者腐蚀孔,管道内外存在压力差而使管道中的流体向外泄漏的现象。其中流体通过裂纹或者腐蚀孔向外喷射形成声源,然后通过和管道相互作用,声源向外幅射能量形成声波,这就是管道泄漏声发射现象。通过仪器对这些因泄漏引起的声发射信号进行采集和分析处理,就可以对泄漏以及其位置进行判断。

压力管道泄漏所产生的声发射信号是广义的声发射信号,管壁本身不释放能量,而只是作为一种传播介质。泄漏过程中,在泄漏点处由于管内外压差,使管道中的流体在泄漏处形成多相湍射流,这一射流不但使流体的正常流动发生紊乱,而且与管道及周围介质相互作用向外辅射能量,在管壁上产生高频应力波。该应力波携带着泄漏点信息(泄漏孔形状和大小等)沿管壁向两侧传播,对这种声发射信号进行采集和分析处理,就可以对泄漏及其位置进行判断。

管道泄漏时产生的声发射信号具有以下特点:
(1)泄漏声发射信号是由管中流体介质泄漏时与管道及周围介质相互作用激发的,是一种连续型信号,因此监测仪器不需要采用较高的采样频率。
(2)泄漏声发射信号沿管道向上、下游传播,接收并分析该信号,可以获得泄漏源大小位置等信息。
(3)管道泄漏声发射信号受诸多因素的影响,如泄漏孔径大小和形状以及液体压力、管道周围介质、环境噪声等,因此,声发射信号本质上属于一种非平稳随机信号。
(4)根据导波理论,泄漏声发射信号具有多模态特性,并且在管道内传播时存在频散现象。

模态声发射是声发射信号处理技术的得力工具。它在声发射源定位、复合材料损伤源识别、疲劳裂纹萌生和扩展的声发射监测以及日历损伤声发射评价等工程实践得到了大量的应用。

模态声发射(MAE) 究其本质是一种基于波形分析的AE 信号处理技术。虽然对研究对象作了大量简化处理且技术本身仍在完善之中,但由于着眼于将AE 信号波形与AE 的物理过程相联系,所以,它已表现出极强的生命力。MAE 理论的基本点是,对于工程上大量使用的板状结构,由于板厚远小于声波波长,AE 源在板中主要激励起扩展波(最低阶对称波S0) 、弯曲波(最低阶反对称波A0) 和水平切变(SH) 波三种模式的声波。板平面内( IP) 声源主要产生扩展波,而平面外(OOP) 声源主要产生弯曲波,两种声源都有可能产生SH 波,大量的非AE 源或噪声没有这种特征。MAE 技术本身要比参数分析复杂,但带来的结果却是使AE 信号处理方法简单化。这种基于AE 源物理机制的分析可极大地帮助我们区分AE 信号和噪声信号,因而,在很多工程应用中,它可以是一种十分有效的AE 信号处理方法。

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