上海滬工閥門廠（集團）有限公司

閥門是各行各業應用非常廣泛的(de)設備之一(yi)。以火力(li)發電廠為例，一(yi)臺機(ji)組(zu)的(de)閥(fa)門(men)(men)(men)數量有(you)(you)幾百(bai)個(ge)。而(er)閥(fa)門(men)(men)(men)及管(guan)道的(de)泄(xie)漏往(wang)(wang)往(wang)(wang)是重大(da)事故的(de)隱(yin)患，故為保證機(ji)組(zu)正常運行，侮(wu)次大(da)修(xiu)都要把有(you)(you)關閥(fa)門(men)(men)(men)拆開檢修(xiu)。由于(yu)缺乏針(zhen)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)且無法保證檢修(xiu)質量。利用聲發射技術設計(ji)的(de)診斷儀(yi)可有(you)(you)效的(de)檢測閥(fa)門(men)(men)(men)內(nei)漏和閥(fa)門(men)(men)(men)的(de)密封性能。

一、聲發射檢測的原理

非均質材料在承受(shou)載荷應(ying)力的(de)(de)(de)情況(kuang)下(xia)，應(ying)力場和材料都會(hui)逐點變(bian)化。所以(yi)，在材料作(zuo)為一個整體(ti)變(bian)成非穩態之前，會(hui)顯現(xian)出(chu)局部的(de)(de)(de)非穩態，這(zhe)種(zhong)(zhong)非穩定(ding)性(xing)(xing)會(hui)導致局部的(de)(de)(de)動態位移。被擾動的(de)(de)(de)區域會(hui)引起(qi)振蕩(dang)并(bing)伴(ban)隨著(zhu)聲(sheng)(sheng)發射(she)，這(zhe)種(zhong)(zhong)振蕩(dang)在介(jie)質中(zhong)向(xiang)外傳(chuan)播。同樣，諸如撞擊、湍流、泄漏和噴注等過程在構件中(zhong)也將(jiang)誘(you)發這(zhe)種(zhong)(zhong)振蕩(dang)。它的(de)(de)(de)特點是(shi)聲(sheng)(sheng)發射(she)的(de)(de)(de)激發并(bing)不(bu)伴(ban)隨著(zhu)構件材料性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)(de)永(yong)久性(xing)(xing)變(bian)化，構件只起(qi)到(dao)導波的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)．從分(fen)析得知，聲(sheng)(sheng)發射(she)是(shi)以(yi)聲(sheng)(sheng)脈沖(chong)形勢釋放能(neng)量(liang)的(de)(de)(de)過程。因此，用(yong)適(shi)當的(de)(de)(de)換能(neng)器在試件的(de)(de)(de)表面就可(ke)檢測到(dao)它們。

聲(sheng)發射釋放的能量

式中：ω—傳感器的諧振頻率

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(ying)能量的大小(xiao)。

式中：a—衰減系(xi)數

V_o—放(fang)大器設定的閥值電瓶

從式（l）、（2）中可見，如果選取適當(dang)的頻率作為泄(xie)漏(lou)的中心頻率，采用適當(dang)的濾波措(cuo)施，消除背景噪聲的干(gan)擾，可根據振鈴數或(huo)者用單位(wei)時間內的振鈴計數（聲發(fa)射(she)率 AErate）的大小來判斷泄(xie)漏(lou)的程度。

二、檢測硬件

 利用聲發射換能器，使(shi)其(qi)與閥門緊密接(jie)觸(chu)，將聲信(xin)號轉(zhuan)換成電信(xin)號，經(jing)過放大(da)、濾(lv)波、比較和(he)頻壓轉(zhuan)換，最后輸(shu)出顯示（圖 1）。

圖 1 檢測原理(li)

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(chu)，輸(shu)出(chu)送入 f/v 變換(huan)器中(zhong)進行(xing)頻壓轉換(huan)，數(shu)字顯(xian)示。并可通過(guo)調節閥值(zhi)電(dian)壓調整靈(ling)敏度（圖 2）。

圖 2 部分(fen)電(dian)路原(yuan)理(li)

三、結語

利用生發射原理研制的(de)(de)檢測儀，通過電廠的(de)(de)大量應用實踐表明，它可有效(xiao)的(de)(de)區(qu)別閥門(men)的(de)(de)漏與不(bu)漏或者微漏，為現場(chang)檢查(cha)提供(gong)了依據(ju)和手段。