Page 170 - 《应用声学》2022年第1期

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表 5 传统衰减定位模型定位结果
4 结论
Table 5 Localization results of traditional
localization model
(1) 泄漏声发射波在管道上传播的模式为一维
平面波形式，其传播过程受到金属晶粒散射作用和
泄漏率/(mL·min −1 ) 泄漏点 定位结果/mm 误差/%
热流效应的影响。考虑以上因素本文从理论上建立
1 430 15.41
2 569 19.61 了声波幅值和能量的衰减模型，并利用实验得到了
60 3 340 16.25 准确的衰减系数。
4 444 14.86 (2) 泄漏声发射频率集中在 8 ∼ 197 kHz，频带
5 319 13.6 较宽。本文对传统衰减定位模型进行优化，提出了
1 414 13.15 宽频带声发射源定位模型，将声发射信号利用小波
2 586 17.09
包进行分解，根据各节点中心频率计算衰减系数，
200 3 313 12.18
从而提高定位精度。实验证明使用宽频带定位模
4 427 11.89
型时，定位误差平均减小 5 个百分点，在泄漏率为
5 303 10.34
60 mL/min时可减小8个百分点。
1 382 8.42
(3) 针对处理后的信号中仍存在的噪声分量，
2 602 14.63
600 3 290 8.81 本文提出通过增加一个传感器，利用 3 组信号互相
4 405 8.07 做差的算法提高定位精度。实验证明，增加一个传
5 280 5.92 感器可有效减小噪声的影响，定位误差约为5%。相
1 375 7.37 比于传统模型和宽频带模型，该方法操作和计算均
2 654 6.85
复杂一些，更适用于低泄漏率、高定位精度的情况。
1000 3 276 6.77
(4) 本文提出的宽频带定位模型在计算声波衰
4 397 6.53
减系数时，简单地使用各小波包节点的中心频率，未
5 280 5.92
考虑各节点内部各频率成分能量的分布，这可作为
(3) 三传感器定位模型定位误差在 5%左右，几 进一步研究方向。
乎不受泄漏大小的影响，说明通过作差法能够有效
降低噪声成分的干扰。
参 考 文 献
误差来源：(1) 管道结构：支管、焊缝等结构对
声波的吸收和散射未考虑，使得声波衰减规律并不
[1] Quy T B, Kim J M. Leak localization in industrial-fluid
完全服从指数规律。(2) 信号采集不准确：来源于采 pipelines based on acoustic emission burst monitoring[J].
样频率的限制和不同传感器之间的误差。声发射仪 Measurement, 2020, 151: 107–150.
的最低采样频率为 2.5 MHz，远超泄漏信号有效频 [2] Li S, Song Y, Zhou G. Leak detection of water distribution
pipeline subject to failure of socket joint based on acoustic
率 (200 kHz) 的两倍，过高的采样频率使采集到的
emission and pattern recognition[J]. Measurement, 2018,
数据量过大，包括许多不必要的环境信息；若要减少 115: 39–44.
计算量及节省存储空间势必使得采样时间过短，导 [3] Liu C, Li Y, Fang L, et al. Experimental study on a
de-noising system for gas and oil pipelines based on an
致许多有效信息被排除在外。同一工况同一采样位
acoustic leak detection and location method[J]. Interna-
置，不同的传感器采集的信号幅值不相同。(3) 信号 tional Journal of Pressure Vessels and Piping, 2017, 151:
处理的误差：小波包分解信号的过程并不严格，各 20–34.
[4] Mostafapour A, Davoudi S. Analysis of leakage in high
节点之间的频率会有混叠，需对信号处理方法进一
pressure pipe using acoustic emission method[J]. Applied
步改进。(4) 实验误差：泄漏通过阀门开启实现，泄 Acoustics, 2013, 74(3): 335–342.
漏量通过流量计确定。虽然操作过程中已尽量模拟 [5] Li Z, Zhang H, Tan D, et al. A novel acoustic emission
detection module for leakage recognition in a gas pipeline
实际中的工况，但误差难免存在，造成信号数据的
valve[J]. Process Safety and Environmental Protection,
浮动。 2017, 105(Part B): 32–40.