摘要
阀门在工业领域中扮演着重要角色，在控制流体介质的流通与截断中起着举足轻重的作用，对于维持工业系统安全稳定的运行至关重要。由于其长期服役在恶劣的环境下,导致阀门非常容易出现内漏现象，一旦出现阀门内漏，往往就会伴随着介质流失、环境污染等问题，甚至导致巨大的经济损失和人员伤亡，因此对阀门内漏进行有效实时监测具有重要意义。本文利用声发射检测技术，开发并搭建阀门内漏监测系统，开展了基于声发射技术的阀门内漏监测关键技术研究，主要研究内容如下: (1)阀门内漏声发射信号机理分析。针对阀门内漏监测领域近几年国内外学者研究现状中存在的问题，分析了现存不同阀门内漏监测方法的特点，确定声发射技术作为阀门内漏监测手段的可行性与优势性。从声学基本原理上分析阀门内漏的声源特性，推导喷流场声源强度的相关公式，分析了阀门内漏声发射检测的基本原理和信号分析的方法，为后续的声发射检测研究建立了理论基础。 (2)高灵敏度的谐振式声发射传感器研制。设计了敏感元件为PZT-5A压电陶瓷、声匹配层以氧化铝为关键材料的声发射传感器，通过声阻抗匹配、谐振频率等理论分析确定了各部分的尺寸参数。使用COMSOL进行有限元分析，开展了多种仿真类型，验证了理论分析的正确。按照设计制备了声发射传感器，同时搭建试验台进行灵敏度测试实验绘制传感器灵敏度曲线。 (3)声发射监测系统的开发。搭建声发射信号采集系统的硬件系统。使用LabVIEW开发阀门内漏声发射信号监测系统上位机软件，软件按照模块化形式编程，实现了对系统的控制、数据采集、数据显示、数据存储、数据回放等功能。使用上述系统在铝合金平板上开展损伤监测和定位验证实验。开展标准断铅实验模拟真实声发射源。将奇异值分解的SVD降噪法和小波阈值法结合处理声发射信号，提高信号信噪比。采用基于时差的菱形阵列定位方法，在板材上进行声源定位，45次定位平均绝对误差为4.51mm,证明了设计的声发射采集系统和声发射传感器对声发射信号具有响应灵敏、信噪比高的特点，同时证明了信号处理方法的有效性。 (4)基于CEEMDAN重构信号多特征融合的支持向量机多分类识别方法研究。搭建阀门内漏实验系统，采集不同类型的阀门内漏信号及其特征参数作为样本，选用CEEMDAN算法滤除环境噪声，分析并选取和声发射信号相关性高的信号特征，对重构信号进行多特征融合，将融合特性向量作为支持向量机的输入进行信号识别分类，最终对信号的识别率达到97.5％,验证了方法的有效性。 本文从实际工程角度出发，以阀门作为研究对象，设计了高灵敏度的谐振式传感器,完成了基于LabVIEW的声发射监测系统的软件编写，开展了基于CEEMDAN重构信号多特征融合的支持向量机多分类识别方法研究，准确实现了对12种阀门内漏信号的识别，对保障阀门的安全运行具有重要的工程应用价值。
NETL