管道泄漏的聲發射檢測

發布日期：2014-02-03 08:45　　　 瀏覽次數：次

管道產生泄漏是因為管道因材料腐蝕老化或其他外力作用產生裂紋或者腐蝕孔，管道內外存在壓力差而使管道中的流體向外泄漏的現象。其中流體通過裂紋或者腐蝕孔向外噴射形成聲源，然后通過和管道相互作用，聲源向外幅射能量形成聲波，這就是管道泄漏聲發射現象。通過儀器對這些因泄漏引起的聲發射信號進行采集和分析處理，就可以對泄漏以及其位置進行判斷。

壓力管道泄漏所產生的聲發射信號是廣義的聲發射信號,管壁本身不釋放能量,而只是作為一種傳播介質。泄漏過程中,在泄漏點處由于管內外壓差,使管道中的流體在泄漏處形成多相湍射流,這一射流不但使流體的正常流動發生紊亂,而且與管道及周圍介質相互作用向外輔射能量,在管壁上產生高頻應力波。該應力波攜帶著泄漏點信息(泄漏孔形狀和大小等)沿管壁向兩側傳播,對這種聲發射信號進行采集和分析處理,就可以對泄漏及其位置進行判斷。

管道泄漏時產生的聲發射信號具有以下特點:
(1)泄漏聲發射信號是由管中流體介質泄漏時與管道及周圍介質相互作用激發的,是一種連續型信號,因此監測儀器不需要采用較高的采樣頻率。
(2)泄漏聲發射信號沿管道向上、下游傳播,接收并分析該信號,可以獲得泄漏源大小位置等信息。
(3)管道泄漏聲發射信號受諸多因素的影響,如泄漏孔徑大小和形狀以及液體壓力、管道周圍介質、環境噪聲等,因此,聲發射信號本質上屬于一種非平穩隨機信號。
(4)根據導波理論,泄漏聲發射信號具有多模態特性,并且在管道內傳播時存在頻散現象。

模態聲發射是聲發射信號處理技術的得力工具。它在聲發射源定位、復合材料損傷源識別、疲勞裂紋萌生和擴展的聲發射監測以及日歷損傷聲發射評價等工程實踐得到了大量的應用。

模態聲發射(MAE) 究其本質是一種基于波形分析的AE 信號處理技術。雖然對研究對象作了大量簡化處理且技術本身仍在完善之中,但由于著眼于將AE 信號波形與AE 的物理過程相聯系,所以,它已表現出極強的生命力。MAE 理論的基本點是,對于工程上大量使用的板狀結構,由于板厚遠小于聲波波長,AE 源在板中主要激勵起擴展波(最低階對稱波S0) 、彎曲波(最低階反對稱波A0) 和水平切變(SH) 波三種模式的聲波。板平面內( IP) 聲源主要產生擴展波,而平面外(OOP) 聲源主要產生彎曲波,兩種聲源都有可能產生SH 波,大量的非AE 源或噪聲沒有這種特征。MAE 技術本身要比參數分析復雜,但帶來的結果卻是使AE 信號處理方法簡單化。這種基于AE 源物理機制的分析可極大地幫助我們區分AE 信號和噪聲信號,因而,在很多工程應用中,它可以是一種十分有效的AE 信號處理方法。