[发明专利]一种基于平行压电阵列的阀门泄漏声发射源定位方法

说明书

本发明属于阀门泄漏故障诊断领域，具体涉及一种基于平行压电阵列的阀门泄漏声发射源定位方法。首先，利用平行压电阵列采集阀门泄漏时产生的声发射信号，其次，计算各自阵列协方差及特征值分解，通过比较特征值的大小，确定声发射信号源的大致区域，再利用近场多重信号分类算法，进行空间谱估计，在子阵列上建立的局部坐标得到与声发射源对应参考阵元的极坐标，即距离和角度，最后通过坐标变换，将局部坐标轴中的极坐标转换为整体坐标中。该方法可以有效地对阀门声发射源进行定位，有效地减小了阀门泄漏故障的误判，并为阀门故障预测提供指导。

技术领域

本发明属于阀门泄漏故障诊断领域，具体涉及一种基于平行压电阵列的阀门泄漏声发射源定位方法。

背景技术

管道系统作为国民经济中必不可少的工业设备和重要的配套设施，被广泛应用于国民经济领域和基础设施建设中。在各类管道系统中，阀门有“咽喉”之称，起着隔离设备、调节流量、防止回流、排泄压力等重要作用。对绝大多数阀门来说，泄漏是其最主要的故障形式，也是影响管道系统安全运行的首要问题。由于阀门质量或故障而产生流体的外漏或内漏，不仅造成系统的压力损失，流体的浪费，对于腐蚀性、易燃易爆性和有毒性流体的泄漏还会带来灾难性后果。

声发射检测技术是一种有效的无损检测方法，被国内外学者广泛应用于阀门泄漏检测中。但是目前所提出的方法均采用单一或稀疏传感器布置。在复杂的工程环境下，噪声总是来自四面八方，且声源信号在时间和频谱上相互交叠，再加上回波和混响的影响。基于单一传感器的故障诊断方法抗干扰能力差，提取的故障特征不稳定，而且传感器监测位置和距离对故障评估的结果影响较大，获得的信息量非常有限。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种基于平行压电阵列的阀门泄漏声发射源定位方法。

本发明所采取的技术方案如下：一种基于平行压电阵列的阀门泄漏声发射源定位方法，包括以下步骤：

(1)建立平行压电传感器阵列：平行压电阵列包含两列压电传感器，分别为压电阵列Ⅰ和压电阵列Ⅱ；

(2)压电阵列I、压电阵列II独立采集阀门声发射阵列信号，得到阵列Ⅰ信号和阵列Ⅱ信号；

(3)分别计算阵列I、阵列II的协方差及其特征值；

(4)判断阵列I的协方差特征值最大值与阵列II的协方差特征值最大值的大小，若阵列I的协方差特征值最大值大于阵列II的协方差特征值最大值，则利用阵列I进行空间谱估计，即声发射源位置对应的极坐标；反之，则利用阵列II进行空间谱估计，即声发射源位置对应的极坐标。

每个阵列含有M个压电陶瓷传感器，以传感器PZT0作为该阵列局部坐标的参考阵元，声发射源与参考阵元的距离和角度分别为R₀和θ，源到其他阵元PZTi的距离定义为r_i，压电传感器间距为d；

定义x_i(t)为压电传感器阵列PZTi在时间t所接收到的声发射信号，表示为：

x_i(t)＝s_i(t)+n_i(t),i＝-M,…,0,L,M；

式中，n_i(t)为噪声信号，M为传感器阵列I的数目，s_i(t)为PZTi所接收的中心频率为ω₀的声发射信号，定义PZT0所接收的中心频率为ω₀的声发射信号，s_i(t)可以表示为：

式中，τ_i为声发射信号到达PZTi相对于到达参考阵元PZT0的波程差，u(t-τ_i)为声发射信号到达PZTi相对于到达参考阵元PZT0的信号幅值，在近场情况下，u(t-τ_i)可以表示为：