Page 65 - 《应用声学）》2023年第5期

第 42 卷 第 5 期 王新等： 基于声发射和 GAN-CNN 的铝合金管道法兰连接松动泄漏检测 957

同时，为了保证搭建的神经网络拥有足够大的 道AE 数据采集卡(PAC、Micro II Express、1MS/s)
感知视野并且能够覆盖所有的特征信息，对各层参 采集。因此，实验装置用于测量和记录泄漏 AE
数进行了布局，如表1所示。 信号。

表 1 CNN 结构参数 ቇඡԍ᎖఻
Table 1 CNN structure parameters
10 mL
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编号 网络层 卷积核大小 卷积核数目 ဝၕඵയ ᧚ኔ
1 卷积层 1 64×1 16
2 池化层 1 2×1 16 ԍҧ᛫
3 卷积层 2 3×1 32
ဝၕծᄨ ขР
4 池化层 2 2×1 32
5 卷积层 3 3×1 32
(a) ಖࠀ෺໤ဋ
6 池化层 3 2×1 32
ቇඡԍ᎖఻
7 卷积层 4 3×1 64
8 池化层 4 2×1 64
9 全连接层 100 1
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2 实验装置
ขР
为模拟充气管道系统法兰连接失效引起的泄 AE͜ਖ٨
漏，专门设计了具体实验装置，如图 3 所示。选用 ܦԧ࠱᧔ᬷ́
直径为 18 mm、长度分别为 250 mm 和 950 mm 的
铝合金管道段，采用法兰接头连接。盲法兰安装在 (b) ᧔ᬷ෺໤ηՂ
短管段的每一端。气体通过空气压缩机被泵入管 图 3 法兰连接松动的铝合金管道泄漏检测的实验
道，管道的内部压力由空气压缩机和压力表控制在 装置
5 bar。 Fig. 3 Experimental setup for leak detection of
aluminum alloy pipe due to loosening of flange
图 3(a) 中，泄漏由于法兰连接松动而形成。为
connection
了解释泄漏现象，实验中使用了气泡泄漏检测方法。
为将铝合金管道完全浸没水中并固定，选用了 4 个 3 实验分析
玻璃吸盘，前端 2 个吸盘压制管道，后端 2 个吸盘交
缠直线防止管道浮起。在管道完全浸没水中时，首 3.1 原始AE信号的声学特性
先，将充满水的量筒放置在泄漏点上方收集从法兰 本文中，选用宽频 AE 传感器 S9208 来捕获实
连接处涌出的气泡。然后，根据采集气体与检测时 验中的产生的 AE 信号，该传感器在 0 ∼ 1 MHz 响
间的比值估算出相应的泄漏率。本文通过改变法兰 应特性几乎相同，有利于捕捉未知泄漏频带。为了
连接的松紧度 (垫圈的破坏情况一致) 来标定不同 全面考察泄漏率对泄漏 AE 信号的影响，通过松动
的泄漏率。 法兰螺纹设置泄漏率的小大形成不同的漏源，分别
图 3(b) 中，根据标定的不同泄漏率情况，AE 0 mL/s、0.6 mL/s、1.8 mL/s、4 mL/s 四种泄漏工
传感器被放置在法兰连接接口处。所有测试均以 况。其相应的时域和频域图，如图4所示。
1.0 MHz 的采样率记录 AE 信号，每个样本的持续 从泄漏时域图可以看出，不同泄漏率下的感应
时间为 0.1 s。AE 信号由前置放大器 (PAC, MIS- 泄漏 AE 信号是时域连续的 AE 信号，且随着泄漏
TRAS, 2/4/6) 以 40 dB 放大倍数进行预放大，并 率增大时域信号没有明显波动变化。而在频域图
由辅助数据处理软件 (PAC、AE-Win) 驱动的 8 通 中可以发现：频域的局部声能分布较广；一个峰值