上海滬工閥門廠（集團(tuán)）有限公司

閥門是各行各業(yè)應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備之一。以火力發(fā)電廠為例，一臺(tái)機(jī)組的閥門數(shù)量有幾百個(gè)。而閥門及管道的泄漏往往是重大事故的隱患，故為保證機(jī)組正常運(yùn)行，侮次大修都要把有關(guān)閥門拆開(kāi)檢修。由于缺乏針對(duì)性，造成勞動(dòng)強(qiáng)度增加，人員、物資及時(shí)間的浪費(fèi)，而且無(wú)法保證檢修質(zhì)量。利用聲發(fā)射技術(shù)設(shè)計(jì)的診斷儀可有效的檢測(cè)閥門內(nèi)漏和閥門的密封性能。

一、聲發(fā)射檢測(cè)的原理

非均質(zhì)材料在承受載荷應(yīng)力的情況下，應(yīng)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(wěn)態(tài)之前，會(huì)顯現(xiàn)出局部的非穩(wěn)態(tài)，這種非穩(wěn)定性會(huì)導(dǎo)致局部的動(dòng)態(tài)位移。被擾動(dòng)的區(qū)域會(huì)引起振蕩并伴隨著聲發(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(gòu)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)并不伴隨著構(gòu)件材料性能的永久性變化，構(gòu)件只起到導(dǎo)波的作用．從分析得知，聲發(fā)射是以聲脈沖形勢(shì)釋放能量的過(guò)程。因此，用適當(dāng)?shù)膿Q能器在試件的表面就可檢測(cè)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(shù)

因?yàn)閷?shí)際泄漏信號(hào)是連續(xù)性信號(hào)，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(nèi)可近似認(rèn)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(shù)也稱“振鈴計(jì)數(shù)” N_t 來(lái)反映能量的大小。

式中：a—衰減系數(shù)

V_o—放大器設(shè)定的閥值電瓶

從式（l）、（2）中可見(jiàn)，如果選取適當(dāng)?shù)念l率作為泄漏的中心頻率，采用適當(dāng)?shù)臑V波措施，消除背景噪聲的干擾，可根據(jù)振鈴數(shù)或者用單位時(shí)間內(nèi)的振鈴計(jì)數(shù)（聲發(fā)射率 AErate）的大小來(lái)判斷泄漏的程度。

二、檢測(cè)硬件

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

圖 1 檢測(cè)原理

因?yàn)閾Q能器接收的是聲級(jí)較低的聲發(fā)射信號(hào)，故轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)時(shí)輸出也比較小。如果選擇 0…20mV 的三位半數(shù)字電壓表頭作為輸出，表上的一個(gè)數(shù)字等效于 10μV，這就要求放大器的失調(diào)電壓和全溫度范圍內(nèi)溫漂以及時(shí)漂要小于 l0μV，否則就無(wú)法測(cè)量。因此可選擇高精度、低溫漂的運(yùn)算放大器 ICL7650 作第一級(jí)放大。放大后的信號(hào)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(xiàn)場(chǎng)的噪聲頻率。經(jīng)帶通濾波去掉現(xiàn)場(chǎng)的噪聲干擾信號(hào)，再利用比較器 LF31l 設(shè)置閥值電壓，當(dāng)信號(hào)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(zhuǎn)換，數(shù)字顯示。并可通過(guò)調(diào)節(jié)閥值電壓調(diào)整靈敏度（圖 2）。

圖 2 部分電路原理

三、結(jié)語(yǔ)

利用生發(fā)射原理研制的檢測(cè)儀，通過(guò)電廠的大量應(yīng)用實(shí)踐表明，它可有效的區(qū)別閥門的漏與不漏或者微漏，為現(xiàn)場(chǎng)檢查提供了依據(jù)和手段。