本文關(guān)鍵詞： 泄漏檢測 超聲波 定位 傳感器陣列 加強(qiáng)筋 持續(xù)性氣體泄漏　出處：《天津大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著氣體壓力容器及高壓氣體傳輸管道的廣泛應(yīng)用,同時諸如航天器在軌運行等特殊應(yīng)用環(huán)境的興起,使得在壓力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行成為人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點,而氣體泄漏則是威脅此類系統(tǒng)安全運行的最主要且最致命因素之一。當(dāng)壓力容器器壁由于缺陷或外力(如撞擊、腐蝕)等原因發(fā)生泄漏時,會導(dǎo)致容器結(jié)構(gòu)受損,帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失,嚴(yán)重時甚至威脅人身安全,帶來不可挽回的后果。故如何實時準(zhǔn)確的對壓力容器泄漏源進(jìn)行檢測定位,具有十分重要的實際意義。壓力容器的泄漏一般可分為突發(fā)性泄漏及持續(xù)性泄漏,目前針對突發(fā)性信號(如聲發(fā)射信號)的實時定位技術(shù)已較為成熟,但此類方法很難獲得系統(tǒng)的泄漏狀況(如是否泄漏,漏孔大小等),且無法對已有泄漏位置進(jìn)行定位。而對于已有泄漏激發(fā)的持續(xù)信號,現(xiàn)有的定位檢測技術(shù)通常需要人工干預(yù),且檢測時間長,檢測范圍小,無法對大型容器進(jìn)行實時檢測。故以上方法均不滿足壓力容器的在線檢測及定位需求,本文針對此問題,通過對泄漏源所激發(fā)聲波在器壁中傳播規(guī)律的研究,提出了一種基于聲信號的泄漏源實時檢測定位技術(shù),并進(jìn)行了大量的實驗論證工作,取得了很多有益的研究成果。本文主要內(nèi)容可歸納如下:1.研究了泄漏源激發(fā)的聲波信號的產(chǎn)生機(jī)理及傳播特性。搭建了模擬泄漏實驗平臺,討論并分析了泄漏信號的時頻域特性。同時利用有限元仿真手段及激光多普勒測振儀實驗平臺,獲取了實際條件下泄漏聲波在器壁結(jié)構(gòu)中傳播的時域分布圖,研究了泄漏聲信號在不同結(jié)構(gòu)不同介質(zhì)器壁中的傳播特性。2.針對一般器壁結(jié)構(gòu),提出了一種基于超聲信號時空相關(guān)性的氣體泄漏源實時定位方法。通過引入超聲導(dǎo)波在壓力容器器壁中傳播時頻散及多模態(tài)特性,導(dǎo)出了器壁中一定范圍內(nèi)采集信號的時空相關(guān)性與泄漏源位置的關(guān)系,實現(xiàn)了對泄漏源的實時精確定位。3.分析了加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)對泄漏聲波傳播的影響,得到了該結(jié)構(gòu)下泄漏聲波特性,并建立了特定加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)對泄漏信號時頻域影響的數(shù)學(xué)模型,導(dǎo)出了泄漏聲信號時空域相關(guān)度與泄漏源位置的關(guān)系表達(dá)式,實現(xiàn)了該結(jié)構(gòu)下氣體泄漏源的實時精確定位。4.進(jìn)行了大量實驗工作,并通過獨立開發(fā)軟件對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析,驗證了方法的有效性。
[Abstract]:With the wide application of gas pressure vessel and high pressure gas transmission pipeline, and the rise of special application environment such as spacecraft in orbit, people pay more and more attention to the steady operation of pressure system. Gas leakage is one of the most important and fatal factors threatening the safe operation of such systems. When the wall of the pressure vessel leaks due to defects or external forces (such as impact, corrosion), it will cause damage to the structure of the vessel. Bring huge economic loss, even threaten personal safety seriously, bring irreparable consequence. Therefore, how to detect and locate the leak source of pressure vessel in real time and accurately, The leakage of pressure vessel can be divided into sudden leakage and persistent leakage. At present, the real-time location technology for burst signal (such as acoustic emission signal) has been more mature. However, it is difficult for such methods to obtain the leakage status of the system (such as leakage, hole size, etc.) and it is impossible to locate the location of the existing leakage. However, for the continuous signals excited by the existing leakage, the existing location detection technology usually requires manual intervention. The detection time is long, the detection range is small, and the real-time detection of large vessels can not be carried out. Therefore, the above methods do not meet the pressure vessel online detection and positioning requirements, this paper aims at this problem, Based on the study of the propagation law of acoustic waves excited by the leakage source in the wall of the device, a real-time detection and localization technology of the leakage source based on acoustic signal is proposed, and a lot of experimental work is done. Many useful research results have been obtained. The main contents of this paper can be summarized as follows: 1. The generation mechanism and propagation characteristics of acoustic signals generated by the leakage source are studied. The time-frequency characteristic of the leakage signal is discussed and analyzed. At the same time, using the finite element simulation method and the experimental platform of the laser Doppler vibration measuring instrument, the time-domain distribution map of the leakage sound wave propagating through the wall structure is obtained. In this paper, the propagation characteristics of leakage sound signal in the wall of different dielectric devices with different structures are studied. A method of real-time locating gas leakage source based on time-space correlation of ultrasonic signals is proposed. The time-dispersion and multi-mode characteristics of ultrasonic guided wave propagation in the wall of pressure vessel are introduced. The relationship between the temporal and spatial correlation of the collected signals and the location of the leakage source in a certain range is derived, and the real time accurate location of the leakage source is realized. 3. The influence of the reinforcement structure on the propagation of the leaking sound wave is analyzed. The characteristics of leaky acoustic wave under the structure are obtained, and the mathematical model of the influence of the special reinforcement structure on the time and frequency domain of the leakage signal is established. The expression of the relationship between the spatial correlation of the leakage sound signal and the location of the leak source is derived. The real time accurate location of gas leakage source under this structure is realized. A lot of experimental work is carried out, and the validity of the method is verified by the calculation and analysis of the experimental data through independent development software.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH49

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本文編號：1504301