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基于CCA 和WT 的油库阀门内漏声发射信号去噪
2016-7-30 22:19 中国泵阀制造网 作者:佚名 点击:1707
【中国泵阀制造网 行业论文】摘要: 基于声发射原理的油库阀门内漏检测作为一种高效率、低成本的动态无损检测方法取得了越来越多的应用。由于该方法本身的特点,在检测过程中不可避免地会采集到大量的噪声信号。如不能有效地消除这些噪声信号,就会严重影响阀门内漏率估计的准确性并会造成阀门内漏的误诊。然而目前还没有方法能够实现对这些噪声信号的去除。针对该问题,在分析噪声对阀门内漏定量模型影响的基础上,提出了一种基于双传感器的阀门内漏声发射检

于CCA 和WT 的油库阀门内漏声发射信号去噪
宗福兴1,税爱社1,汪辉1,陈帆1,杨国瑞2
( 1. 后勤工程学院后勤信息与军事物流工程系重庆401311 ; 2. 后勤工程学院学员旅重庆401311)


摘要: 基于声发射原理的油库阀门内漏检测作为一种高效率、低成本的动态无损检测方法取得了越来越多的应用。由于该方法本身的特点,在检测过程中不可避免地会采集到大量的噪声信号。如不能有效地消除这些噪声信号,就会严重影响阀门内漏率估计的准确性并会造成阀门内漏的误诊。然而目前还没有方法能够实现对这些噪声信号的去除。针对该问题,在分析噪声对阀门内漏定量模型影响的基础上,提出了一种基于双传感器的阀门内漏声发射检测模式,并利用互相关和小波变换的方法实现检测信号的去噪。通过内漏模拟实验表明,该方法能够有效地去除各类噪声的干扰,较大程度保存内漏信号的波形和时频特性,实现内漏率定量估计精度的提高。

关键词: 声发射; 互相关分析; 小波变换; 阀门内漏; 去噪

中图分类号: TP274 + . 2 TH137. 8 + 6 文献标识码: A 国家标准学科分类代码: 510. 40

Denoising method for acoustic emission signal in oil depot internal valve leakage inspection based on CCA and WT 

Zong Fuxing1,Shui Aishe1,Wang Hui1,Chen Fan1,Yang Guorui2

1.Department of Logistics Information & Logistics Engineering,Logistic Engineering University,
  Chongqing 401311,China; 2. Troop of Cadet,Logistic Engineering University,Chongqing 401311,China)
Abstract: The internal leakage inspection of the oil depot valve based on acoustic emission ( AE) principle,which is a new dynamic nondestructive testing technology with high efficiency and low cost,is more and more applied. During the process of acoustic emission testing on valve leakage,a lot of noise signals would be collected. Due to the characteristics of the method,the evaluation accuracy of the valve leakage rates would be seriously affected. What's more,no approaches have been developed to reduce the noise signals. To solve this problem,a dual-sensor testing method,which combines cross-correlation with wavelet transform to denoise the testing signal,was proposed.
  The result of the simulation experiment using the method shows that it could effectively reduce various noise interference,preserve the timefrequency
characteristics of signal greatly,and improve the accuracy of the valve leakage quantitative estimation.
Keywords: acoustic emission; cross-correlation analysis; wavelet transform; valve internal leakage; denoising

1 引言
  阀门在油库起着封闭、隔离、截流、分流等作用,是油库中使用数量最多的设备之一[1]。密封面损伤等原因导致阀门内漏时有发生,从而造成混油或跑油,已清空储罐油气浓度超限,引发火灾爆炸事故和环境污染等。由于阀门内漏具有不可见性,常规的检测方法无法及时准确的对阀门内漏作出判断。声发射技术是一种动态无损检测方法,可以在不停产的状况下对油库阀门的泄漏情况进行快速检测和在线监测,提前提供阀门内漏信息,为修复或更换受损阀门提供决策[2]。
  随着对阀门内漏危害的重视,阀门内漏声发射检测得到了应用和推广。其中,阀门内漏的定性检测和定量估计成为研究的重点和难点。文献[3-5]对阀门内漏声发射检测进行了研究,建立了多个独立变量的多元回归模型,如压力、漏孔大小等,并对影响泄漏检测的因素进行了总结。文献[6]通过理论推导建立声发射信号均方值PA与阀门内漏率Q 之间的关系模型。文献[7]提出了利用检测数据回归的方法,建立声发射信号特征参数与内漏率Q 的回归模型。但上述方法存在的共同问题是内漏率定量估计的误差较大,以文献[6]中的实验数据为例,实际内漏率为6 L /min的50. 8 mm 闸阀内漏实验通过理论模型得到的内漏率约为7. 4L /min,相对误差高达23%。究其原因,就是在声发射信号采集的过程中存在大量的机械、电磁等噪声,造成信号均方值的计算出现较大偏差,影响了内漏率的计算精度。去噪是阀门内漏检测的前提,研究实用高效的声发射信号去噪方法,不仅能够大幅度提升内漏率的估计精度,同时能够改进最小内漏率的检测阈值,降低阀门内漏的误报率。
  目前,对如何有效去除阀门内漏声发射检测信号的噪声,提高阀门内漏率估计精度的研究还未见文献介绍。本文以Kaewwaewnoi 定量估计模型为阀门内漏定量估计方法,在目前仅使用单一声发射传感器检测的基础上,在阀门上游安装前置传感器,利用互相关分析的方法去除检测传感器中的上游机械噪声,同时,利用小波变化对非平稳信号的良好去噪效果,实现检测信号电磁噪声的消除,最终达到提高信号信噪比,改善内漏率估计精度的目的。实验结果表明,文中方法能够有效地去除各类噪声的干扰,较大程度保存内漏信号的波形和时频特性,同时提高内漏率的定量估计精度。
 

2 阀门内漏定量估计及噪声的影响分析

2.1 阀门内漏声发射检测原理
  油库部分阀门由于长时间工作在高压环境,输送介质中杂质冲蚀、划伤、挤压等原因致使密封面受损变形,导致阀门发生内漏。阀门内漏的声发射声源是流体通过密封面喷射形成的湍流、汽蚀和紊流等现象,其中湍流为主声源[8]。
  阀门内漏时的声源会发出瞬态弹性波,此弹性波沿阀体传播到材料表面,引起可以用声发射传感器探测的表面位移,探测器由于压电效应会将材料的机械振动转化为电信号,经前置放大器滤波、放大后,被声发射采集卡采集输入到主控制单元进行分析处理和记录。对记录的声发射信号特征参数和波形进行分析和判断,就可以确定阀门的泄漏情况[9]。  

2.2 Kaewwaewnoi 定量估计模型[6]
  文献[6]在前期研究的基础上,根据Lighthill 方程,Parseval 理论以及通过阀门的液体体积流速等理论,推导出可反映内漏率与声发射信号均方值、压力、阀门尺寸等因素间的理论关系,设p1为阀门入口压力; ρ 为液体密度; D 为阀门尺寸; v 为液体中的声速; Q为体积内漏率; cv为阀门的流量系数,常量; Δp 为通过阀门的压降; S 为比重; C1为与检测系统等有关的常量,则Kaewwaewnoi 定量估计模型为:

1.jpg


式中: 均方值

001.jpg  

为阀门内漏声发射信号,包含N 个采样点。


定量估计模型建立了阀门内漏率与声发射信号之间的理论关系,可通过采集的声发射信号估计内漏率。

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(来源:中国泵阀第一网)

本文标签: CCA WT 油库阀门 去噪 

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