上海滬工閥門(mén)廠(chǎng)（集團）有限公司

閥門(mén)是各行各業(yè)應用非常廣泛的設備之一。以火力發(fā)電廠(chǎng)為例，一臺機組的閥門(mén)數量有幾百個(gè)。而閥門(mén)及管道的泄漏往往是重大事故的隱患，故為保證機組正常運行，侮次大修都要把有關(guān)閥門(mén)拆開(kāi)檢修。由于缺乏針對性，造成勞動(dòng)強度增加，人員、物資及時(shí)間的浪費，而且無(wú)法保證檢修質(zhì)量。利用聲發(fā)射技術(shù)設計的診斷儀可有效的檢測閥門(mén)內漏和閥門(mén)的密封性能。

一、聲發(fā)射檢測的原理

非均質(zhì)材料在承受載荷應力的情況下，應力場(chǎng)和材料都會(huì )逐點(diǎn)變化。所以，在材料作為一個(gè)整體變成非穩態(tài)之前，會(huì )顯現出局部的非穩態(tài)，這種非穩定性會(huì )導致局部的動(dòng)態(tài)位移。被擾動(dòng)的區域會(huì )引起振蕩并伴隨著(zhù)聲發(fā)射，這種振蕩在介質(zhì)中向外傳播。同樣，諸如撞擊、湍流、泄漏和噴注等過(guò)程在構件中也將誘發(fā)這種振蕩。它的特點(diǎn)是聲發(fā)射的激發(fā)并不伴隨著(zhù)構件材料性能的永久性變化，構件只起到導波的作用．從分析得知，聲發(fā)射是以聲脈沖形勢釋放能量的過(guò)程。因此，用適當的換能器在試件的表面就可檢測到它們。

聲發(fā)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(shí)際泄漏信號是連續性信號，具有較寬的頻帶，波幅沒(méi)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(chēng)“振鈴計數” N_t 來(lái)反映能量的大小。

式中：a—衰減系數

V_o—放大器設定的閥值電瓶

從式（l）、（2）中可見(jiàn)，如果選取適當的頻率作為泄漏的中心頻率，采用適當的濾波措施，消除背景噪聲的干擾，可根據振鈴數或者用單位時(shí)間內的振鈴計數（聲發(fā)射率 AErate）的大小來(lái)判斷泄漏的程度。

二、檢測硬件

利用聲發(fā)射換能器，使其與閥門(mén)緊密接觸，將聲信號轉換成電信號，經(jīng)過(guò)放大、濾波、比較和頻壓轉換，最后輸出顯示（圖 1）。

圖 1 檢測原理

因為換能器接收的是聲級較低的聲發(fā)射信號，故轉變成電壓信號時(shí)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(gè)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(shí)漂要小于 l0μV，否則就無(wú)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(jìn)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(chǎng)的噪聲頻率。經(jīng)帶通濾波去掉現場(chǎng)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(guò)閥值 V_o 時(shí)，比較器有輸出，輸出送入 f/v 變換器中進(jìn)行頻壓轉換，數字顯示。并可通過(guò)調節閥值電壓調整靈敏度（圖 2）。

圖 2 部分電路原理

三、結語(yǔ)

利用生發(fā)射原理研制的檢測儀，通過(guò)電廠(chǎng)的大量應用實(shí)踐表明，它可有效的區別閥門(mén)的漏與不漏或者微漏，為現場(chǎng)檢查提供了依據和手段。