上海滬工閥門廠（集團）有限公司

閥門是各(ge)行各(ge)業應用(yong)(yong)非常(chang)廣泛(fan)的(de)設(she)備之一。以火力發(fa)電廠為例，一臺機組的(de)閥(fa)(fa)(fa)門數量有(you)幾百個。而(er)閥(fa)(fa)(fa)門及管(guan)道的(de)泄漏往往是重大事故(gu)的(de)隱患(huan)，故(gu)為保(bao)(bao)證機組正常(chang)運行，侮次大修都要把有(you)關閥(fa)(fa)(fa)門拆開檢修。由于缺乏針對性，造(zao)成勞動強度增加，人員、物資及時(shi)間的(de)浪費，而(er)且無法保(bao)(bao)證檢修質量。利用(yong)(yong)聲發(fa)射技術(shu)設(she)計的(de)診斷儀可有(you)效的(de)檢測閥(fa)(fa)(fa)門內(nei)漏和閥(fa)(fa)(fa)門的(de)密封(feng)性能。

一、聲發射檢測的原理

非(fei)均質材(cai)料在(zai)(zai)承受載荷應(ying)力的(de)(de)情況(kuang)下，應(ying)力場(chang)和材(cai)料都會逐點變(bian)化(hua)。所以(yi)，在(zai)(zai)材(cai)料作為一個整體變(bian)成(cheng)非(fei)穩態(tai)之前，會顯(xian)現出局部的(de)(de)非(fei)穩態(tai)，這(zhe)(zhe)種非(fei)穩定性會導(dao)致(zhi)局部的(de)(de)動態(tai)位移。被(bei)擾動的(de)(de)區域會引起(qi)振蕩并伴隨著聲(sheng)發(fa)射，這(zhe)(zhe)種振蕩在(zai)(zai)介質中向外傳(chuan)播(bo)。同樣(yang)，諸如撞(zhuang)擊、湍流(liu)、泄(xie)漏和噴注等過程在(zai)(zai)構(gou)件(jian)(jian)中也(ye)將誘(you)發(fa)這(zhe)(zhe)種振蕩。它的(de)(de)特點是聲(sheng)發(fa)射的(de)(de)激發(fa)并不伴隨著構(gou)件(jian)(jian)材(cai)料性能的(de)(de)永久性變(bian)化(hua)，構(gou)件(jian)(jian)只起(qi)到(dao)導(dao)波的(de)(de)作用(yong)．從分析得知(zhi)，聲(sheng)發(fa)射是以(yi)聲(sheng)脈沖形勢釋放能量的(de)(de)過程。因此(ci)，用(yong)適當的(de)(de)換能器在(zai)(zai)試件(jian)(jian)的(de)(de)表(biao)面就(jiu)可檢測到(dao)它們。

聲(sheng)發(fa)射(she)釋放(fang)的(de)能量

式中：ω—傳(chuan)感器的諧振頻率

V_t—幅度

N_t—幅度為 V_t 的脈沖數

因為實際泄漏信號是連續性信號，具有較寬的頻帶，波幅沒有很大的起伏變化，在一定的，頻帶內可近似認為 V_t 恒定，這樣可以用傳感器輸出中超出給定閥值的脈沖數也稱“振鈴計數” N_t 來(lai)反映能量的大(da)小(xiao)。

式(shi)中：a—衰減系數

V_o—放大器設(she)定的閥值(zhi)電瓶

從式(shi)（l）、（2）中可見，如果(guo)選取適當的(de)(de)頻率作為泄漏的(de)(de)中心頻率，采(cai)用適當的(de)(de)濾波措(cuo)施，消除背景噪聲(sheng)的(de)(de)干擾，可根(gen)據振鈴(ling)數或者(zhe)用單位時間內的(de)(de)振鈴(ling)計數（聲(sheng)發(fa)射(she)率 AErate）的(de)(de)大小來判斷泄漏的(de)(de)程度。

二、檢測硬件

利用聲發射換(huan)能器，使(shi)其與閥門(men)緊密接(jie)觸，將(jiang)聲信號轉換(huan)成(cheng)電信號，經過放大、濾波(bo)、比較和(he)頻壓轉換(huan)，最后輸(shu)出顯(xian)示（圖 1）。

圖 1 檢測原理

因為換能器接收的是聲級較低的聲發射信號，故轉變成電壓信號時輸出也比較小。如果選擇 0…20mV 的三位半數字電壓表頭作為輸出，表上的一個數字等效于 10μV，這就要求放大器的失調電壓和全溫度范圍內溫漂以及時漂要小于 l0μV，否則就無法測量。因此可選擇高精度、低溫漂的運算放大器 ICL7650 作第一級放大。放大后的信號進入帶通濾波器中，帶通濾波的中心頻率決定于換能器的諧振頻率和現場的噪聲頻率。經帶通濾波去掉現場的噪聲干擾信號，再利用比較器 LF31l 設置閥值電壓，當信號幅度超過閥值 V_o 時，比較器有輸(shu)出，輸(shu)出送入(ru) f/v 變換(huan)器中進行(xing)頻壓轉(zhuan)換(huan)，數(shu)字顯示(shi)。并可通過調(diao)節(jie)閥值電壓調(diao)整靈敏度(du)（圖(tu) 2）。

圖 2 部分電路原(yuan)理

三、結語

利用生(sheng)發射原理研(yan)制的(de)檢(jian)測儀(yi)，通過電廠的(de)大(da)量應用實踐表明，它可有效的(de)區別閥門的(de)漏與(yu)不漏或(huo)者微(wei)漏，為現場檢(jian)查提供了(le)依據和(he)手段(duan)。