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基于声发射的阀门泄漏检测方法的研究

作　者: 严心涛
导　师: 王广林
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 阀门泄漏 声发射 泄漏检测
分类号: TH134
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


在阀门生产和运行中,泄漏检测是其最重要的工作环节之一。针对目前国内很多厂家普遍采用效率低下的气泡检漏法的现状,本文旨在研究能快速测试阀门泄漏率的声发射检测方法。通过理论和实验分析,得出声发射泄漏检测方法是可行的,能对阀门微小泄漏进行定性分析,为实现阀门自动化泄漏检测提供了理论基础。首先,在本文中分析和对比了各种常用的泄漏检测方法的原理和特点,得出了在阀门泄漏率高于10-4 Pa·m3/s下,声发射检测方法更易实现其自动化泄漏检测;并从理论上分析了阀门泄漏射流的速度场和声场,以及通过FLUENT仿真分析,得出了阀门输入压力和泄漏孔大小均对射流速度场分布产生很大的影响,并进而影响射流声场的分布。其次,基于阀门泄漏产生声发射信号的原理,建立了可用于测试阀门泄漏率高于10-3 Pa·m3/s的微小泄漏状态的声发射检测系统,并采用了均匀气泡法对这一微小泄漏进行标定。大量实验的结果显示,该标定方法能准确地测试出阀门的泄漏率。针对阀门泄漏产生的声发射信号在检测中易受环境噪声和电气噪声干扰的问题,设计了信号调理电路,以及采用了非抽样小波变换信号处理等手段来降低各种噪声的影响。再次,通过编制LABVIEW程序,对采集到的声发射信号分别进行了时域分析、谱分析以及小波包分析,得出了均方根、FFT功率谱、FFT功率谱密度以及各频段的能量经归一化处理后的大小等特征量都与阀门泄漏率有很大的关系,可以用它们来表征阀门泄漏的状态。最后,经过大量实验统计,得出了阀门泄漏率与输入压力成指数函数关系,但输入压力只是影响阀门泄漏率的因素之一,并不能利用同一指数函数来表示它们之间的关系;以及得出了泄漏检测位置和输入压力都会对声发射信号的强度、频谱分布产生影响等结论。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 阀门泄漏检测的研究背景及意义  9-10
  1.2 泄漏检测方法及国内外研究现状  10-13
    1.2.1 常用的阀门泄漏检测方法  10-12
    1.2.2 声发射泄漏检测的国内外研究现状  12-13
  1.3 本课题的主要研究内容  13-14
第2章 声发射技术理论及泄漏声场分析  14-24
  2.1 声发射泄漏检测方法相关理论  14-16
    2.1.1 声发射信号的产生及其分类  14-15
    2.1.2 泄漏声发射信号特点  15
    2.1.3 声发射泄漏检测优缺点分析  15
    2.1.4 信号所含噪声的分析及其处理方法  15-16
  2.2 阀门泄漏孔射流流场和声场分析  16-23
    2.2.1 阀门泄漏孔射流流场分析与仿真  16-21
    2.2.2 泄漏射流声场分析  21-23
  2.3 本章小结  23-24
第3章 声发射泄漏检测系统设计和标定方法的研究  24-35
  3.1 阀门声发射泄漏检测系统中硬件设计  24-28
    3.1.1 阀门声发射泄漏检测系统原理  24-25
    3.1.2 阀门泄漏测试硬件系统的搭建  25-26
    3.1.3 声发射泄漏检测的电气系统设计  26-28
  3.2 阀门泄漏率标定方法  28-31
    3.2.1 泄漏率单位的选择  28-29
    3.2.2 泄漏率标定方法原理  29-31
  3.3 阀门泄漏率的影响因素分析  31-34
    3.3.1 阀门泄漏常见因素  31-32
    3.3.2 阀门输入压力对泄漏率的影响研究  32-34
  3.4 本章小结  34-35
第4章 泄漏声发射信号处理及信号特征量分析  35-47
  4.1 阀门泄漏声发射信号时域分析  35-37
    4.1.1 阀门泄漏时域特性  35-36
    4.1.2 泄漏声发射信号时域特征量分析  36-37
  4.2 泄漏声发射信号频域分析  37-40
    4.2.1 谱分析  37-38
    4.2.2 阀门泄漏声发射信号谱分析特性  38-40
  4.3 泄漏声发射信号小波分析  40-46
    4.3.1 非抽样小波变换去噪方法  40-44
    4.3.2 小波包变换及声发射信号能量特征的提取  44-46
  4.4 本章小结  46-47
第5章 测试条件对声发射信号的影响分析  47-52
  5.1 泄漏条件对声发射信号特征量的影响  47-50
    5.1.1 检测距离对声发射信号特征量的影响  47-48
    5.1.2 压力对信号特征量的影响分析  48-50
  5.2 基于LABVIEW的程序设计  50-51
  5.3 本章小结  51-52
结论  52-53
参考文献  53-57
附录  57-61
  附录1 电路设计图  57-58
  附录2 LABVIEW程序框图  58-59
  附件3 信号时域与频域分析前面板图  59-60
  附件4 信号小波分析前面板图  60-61
攻读硕士学位期间发表的学术论文  61-63
致谢  63

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械零件及传动装置 > 控制机件
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