专利名称：大型储罐罐底腐蚀检测系统及其检测方法
技术领域：
本发明涉及腐蚀检测装置，特别是涉及一种基于声发射的大型储罐罐底 腐蚀检测系统及其检测方法。
背景技术：
随着我国能源结构的变革和对能源需求的不断增加，石油、天然气在我 国能源需求中的比例逐年加大。近年来不仅储罐数量激增，而且储油罐的设 计及施工也朝着大型化的方向发展。目前，基地内单台储罐的容积一般都在
5 15万立方米，10万立方米储罐已经成为我国石油化工行业原油储罐建设 的主要结构。储罐大型化具有很多优点，但大型储罐容积大、分布集中，且 多用来储存易燃、易爆、有毒介质， 一旦发生泄漏或爆炸事故，往往会造成 灾难性的后果及严重的环境污染，给社会带来巨大损失和危害。
储罐事故主要是由罐底腐蚀和泄漏引起的，由于其破坏的严重性，世界 各国均以法律的形式要求必须定期对储罐罐底的腐蚀及泄漏情况进行检测。 在我国，按照国务院颁布的《危险品化学安全管理条例》的要求，必须对化 学危险品储罐进行定期检验，但目前具体年限和检验规则还没有明确的要 求；SY/T 592标准规定，新建储罐第一次检测修理期限不大于10年，以后 的检验周期为5 7年。为保障储罐安全，目前已经开发出多种检测方法对储 罐罐底进行检测，罐底超声波测厚技术、罐底涡流检测技术、漏磁检测技术 和声发射检测。其中前三种检测技术均需要先清罐，然后工作人员进入到罐 中进行检测，这样不仅成本高，而且对工作人员的身心健康都会造成不良影 响。而声发射检测是一种在线检测方法，可以在不停产的情况下对储罐罐底 进行评估，以延长"好罐"的检测周期，减少和避免因清罐造成的环境污 染，使用户获得直接和潜在的经济效益，同时也可以及时发现和维修"坏 罐"，避免其引发事故所造成的损失。在声发射检测过程中必须使用声发射 仪，目前所使用的声发射仪进行罐底腐蚀检测的基本检测原理如图1所示， 将多个声发射传感器2均匀分布于储罐1的罐壁外表面，声发射传感器2所 接收的信号经前置放大器(图中为传感器内置前放)放大后再由导线3传输 给声发射仪4。这种声发射仪的检测方法是一种集中采集方法，即一台声发 射仪上有多个通道，所有声发射传感器都通过导线连接到各个通道。但是，这种声发射仪对于大型储罐的声发射检测来说有以下不足1、有 些导线长度需达上百米，而声发射信号是一种微弱信号，经过长距离传输后 容易衰减，使信噪比降低；2、长距离的导线使信号在传输过程中被干扰的 可能性加大；3、由于导线很长，其体积和质量都很大，在布置和回收传感 器过程中给实施检测的工作人员造成不便。4、仪器需要采用电缆供电，在 大型油库中，必须严格按照规定进行电缆的架设方可使用，降低了检测操作 的效率，并需要投入一定的人力和物力。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种信号传输距离短、使用 方便的大型储罐罐底腐蚀检测系统。
本发明要解决的另一个目的在于提供一种采用电池供电、提高检测效率 的大型储罐罐底腐蚀检测系统。
另外，本发明还提供了一种使用本发明的声发射检测系统进行大型储罐 罐底腐蚀的检测方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的 一种大型储罐罐底腐蚀检测 系统，其特征在于包括多个声发射信号采集器和用于对多个声发射信号采 集器进行时钟同步的母钟，每个声发射信号采集器有两个采集通道，分别连 接一个声发射传感器。
所述的声发射信号采集器包括连接声发射传感器并对声发射传感器接收 的信号进行放大的放大器；连接放大器的带通滤波器；与带通滤波器的输出 端连接的A/D转换器；用于控制A/D转换器的FPGA芯片；与FPGA芯片连接 的EEPR0M;与FPGA芯片连接、用于存储信号的缓存RAM和高速存储器；用于 与母钟连接的通讯接口、为所述的声发射信号采集器提供时钟的温补晶振以 及在存储数据时点亮的声发射信号接收指示灯。所述的通讯接口由时钟同步 触发脉冲通道和数据通讯接口组成。
所述的母钟包括主控制芯片、存储器、温补晶振、与PC机连接的接口、 与声发射信号采集器连接的通讯接口以及电源。所述的电源为8V锂电池组， 锂电池组的容量》3Ah。
所述的检测系统中，传感器的谐振频率为30kHz，灵敏度>-70dB;带通 滤波器的通带频率范围为20k至400kHz;导线为长1至2m的50欧姆同轴线 缆。
所述的声发射信号采集器的电源为12v锂电池，锂电池组的容量^3Ah。 一种用上述检测系统进行罐底腐蚀检测的方法，包括以下步骤1) 用母钟对所有声发射信号采集器进行时钟同步和参数设置；
2) 通过导线将每个声发射信号采集器分别与2个声发射传感器连接，用
耦合剂和传感器紧固件将声发射传感器固定在大型储罐的罐壁上，使声发射 传感器的感应表面紧贴于已经打磨光滑的储罐罐壁上，与每个声发射信号采 集器连接的两个声发射传感器位于同一垂线上且垂直间距为0. 4 0. 6m;
3) 启动声发射信号采集器开始采集信号，将采集到的数据先存储到缓存 RAM中，再转存到高速存储器中；
4) 检测完毕后，将声发射信号采集器回收并将高速存储器中存储的数据 传输到PC机中，在PC机中进行数据合并和处理。
本发明具有的有益效果1、每一台声发射信号采集器在传感器旁边放 置，减少了传感器到仪器之间的距离，进而减少了信号在电缆上传输所造成 的衰减和干扰，并且使布置传感器的操作更简便，降低了仪器成本；2、采 用电池供电减少了外接电源所引入的噪声；3、声发射信号采集器的设计指 标以满足罐底腐蚀检测需要为准，从而降低了成本；采用闪存卡作为存储 器，降低了功耗；4、每台仪器可以独立使用，维护方便。
图1为传统声发射储罐罐底腐蚀检测原理图； 图2为本发明的大型储罐罐底腐蚀检测原理图3为本发明的大型储罐罐底腐蚀检测系统中声发射信号采集器的结构 框图4为本发明的大型储罐罐底腐蚀检测系统中母钟的电路结构框图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实例对本发明的大型储罐罐底腐蚀检测装置进行详 细说明。
如图2所示，本发明的大型储罐罐底腐蚀检测系统，包括多个声发射信 号采集器5，每个声发射信号采集器5分别连接两根导线7，这两根导线分别 各连接一个声发射传感器6。另外，虽然图中未示，本检测系统还包括一个用 于对多个声发射信号采集器进行时钟同步的母钟，母钟负责对所有需要工作 的声发射信号采集器进行时钟同步，并为声发射信号采集器设置采集参数， 回收各采集器所记录的信号。可以用母钟同时对多个声发射信号采集器同时 进行同步，也可以用母钟逐个对声发射信号采集器进行同步。连接声发射信 号采集器3和声发射传感器6的导线7优选采用50欧姆同轴线缆。声发射传感器6的谐振频率优选为30kHz，灵敏度应^-70dB(参考单位lv/uBar)。
图3为本发明的检测系统中声发射信号采集器的结构框图。如图所示， 声发射信号采集器5包括连接传感器并对传感器接收的信号迸行放大的放 大器8;连接放大器8的带通滤波器9;与带通滤波器9的输出端连接的A/D 转换器10;用于控制A/D转换器10的FPGA (现场可编程门阵列)芯片11; 与FPGA芯片11连接的EEPROM (可擦除可编程只读存储器)12;与FPGA芯片 ll连接、用于存储信号的缓存RAM (随机存储器)17和高速存储器15;用于 与母钟连接的通讯接口 13以及为所述的声发射信号采集器提供时钟的温补晶 振14。所述的通讯接口 13包括两部分， 一部分为时钟同步触发导线，另一部 分为数据通讯接口。另外，所述的声发射信号采集器还包括在存储数据时点 亮的声发射信号接收指示灯14。声发射信号采集器的电源优选采用为12V锂 电池组，为满足现场一次性2个小时以上检测的需要，电池电量需在3Ah以 上。
如图4所示，所述的母钟包括主控制芯片、存储器、温补晶振、与PC机 连接的接口、与声发射信号采集器连接的通讯接口以及电源。所述的电源采 用电池，优选使用8V锂电池组，容量需在3Ah以上，以保证母钟的时钟可以 长时间运行且不受使用地点的限制。与PC机的接口可以采用USB或以太网接 口等。为保证母钟与声发射仪的时间同步精度达到10微妙，同步时，母钟与 声发射仪通过导线连接到一起，母钟先将其当前时钟值的未来1秒后的值通 过数据通讯接口传输给声发射仪，待母钟时钟到达该值后便立即通过时钟同 步触发导线发出同步脉冲信号，声发射仪接收到该信号后便开始启动其内部 的时钟。
声发射信号采集器的工作原理为声发射信号被传感器6接收到之后， 经导线8传输到仪器中，首先被放大器8放大，放大倍数可以通过设置调 整，以适应不同的工作环境， 一般设为10倍(20dB)、 100倍(40dB)、 1000倍 (60dB)三种，放大器8输出端连接到带通滤波器9，该滤波器选用巴特沃斯型 滤波器，通带频率范围为20k至400kHz。滤波器10输出端连接A/D转换器 11， A/D转换器11基本参数包括16位精度双极性，参考电压土10V，最高 采样率为2MS/S， A/D转换器由FPGA芯片12控制。FPGA芯片12通过对A/D 转换器的控制，将数据读取到内部的缓存中，之后通过判断信号是否大于阈 值，决定是否收到有效信号，若接收到有效信号则查询当前时钟，开始将信 号先存储到缓存MM 17中，再转存到高速存储器15中。优选的缓存RAM需 达到128kbit的存储量，存储器15可以选用工业级CF卡，读写速度需达到10MB/S以上。存储数据的同时，点亮声发射信号接收指示灯16，直至信号 连续低于阈值一段时间后停止存储，指示灯16灭。FPGA芯片12与一个 EEPR0M 12连接，用于存储FPGA的程序和采集设置参数，采集设置参数包括 采样率、阈值、最大持续时间、 一次撞击信号记录长度、峰值鉴定时间、撞 击鉴定时间、撞击闭锁时间等。参数定义算法可查阅相关文献。为实现数据 回收和时钟同步，声发射仪与母钟之间有通讯接口 13。该通讯接口包括两部 分， 一部分为时钟同步触发导线，另一部分为数据通讯接口，数据通讯接口 可以采取多种形式，为保证大数据量高速可靠的传输，优选采用如以太网接 口、 USB接口等高速数据传输接口。
下面对本发明的大型储罐罐底腐蚀检测方法进行说明。 在到现场采集开始之前，首先需要用母钟对所有参加检测的声发射信号 采集器进行时钟同步，以保证各仪器所测量到的信号时差准确，进而保证对 信号源的定位精度，声发射信号采集器的时钟精度需要达到10微妙。工作 时，工作人员可以通过PC机向母钟发出命令，包括母钟时钟值、声发射仪采 集参数设置、对连接到母钟上的声发射仪进行时钟同步等。在检测过程中， 声发射信号采集器5放置在储罐边缘的地面上，通过1至2m长的50欧姆同 轴线缆8连接声发射传感器6，声发射传感器6通过耦合剂贴于储罐的罐壁 上，与每个声发射信号采集器连接的两个声发射传感器应位于同一垂线上且 垂直间距为0.4 0.6m，优选的垂直间距为0.5m。采集的启动操作可出通过 声发射信号采集器上的启动采集按钮来完成，所使用的多个声发射信号采集 器的采集启动操作无需同时完成，数据处理时可以将前面一段时间的数据去 除。检测完毕后，将仪器回收并将数据传输到PC机中，利用公知的方法在PC 机中进行数据合并和处理。
权利要求
1. 一种大型储罐罐底腐蚀检测系统，其特征在于包括多个声发射信号采集器和用于对多个声发射信号采集器进行时钟同步的母钟，每个声发射信号采集器有两个采集通道，分别连接一个声发射传感器。
2. 根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于所述的声发射信号采 集器包括连接声发射传感器并对声发射传感器接收的信号进行放大的放大器；连接放大器的带通滤波器；与带通滤波器的输出端连接的A/D转换器； 用于控制A/D转换器的FPGA芯片；与FPGA芯片连接的EEPR0M;与FPGA芯片 连接、用于存储信号的缓存RAM和高速存储器；用于与母钟连接的通讯接口、 为所述的声发射信号采集器提供时钟的温补晶振以及在存储数据时点亮的声 发射信号接收指示灯。
3. 根据权利要求2所述的检测系统，其特征在于所述的通讯接口由时 钟同步触发脉冲通道和数据通讯接口组成。
4. 根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于所述的母钟包括主控制芯片、存储器、温补晶振、与PC机连接的接口、与声发射信号采集器连接的通讯接口以及电源。
5. 根据权利要求4所述的检测系统，其特征在于所述的电源为8V锂电 池组，锂电池组的容量》3Ah。
6. 根据权利要求1 7中任一项所述的检测系统，其特征在于所述的传感器的谐振频率为30kHz，灵敏度》-70dB。
7. 根据权利要求1 7中任一项所述的检测系统，其特征在于所述的带 通滤波器的通带频率范围为20k至400kHz。
8. 根据权利要求1 7中任一项所述的检测系统，其特征在于所述的导 线为长1至2m的50欧姆同轴线缆。
9. 根据权利要求1 7中任一项所述的检测系统，其特征在于，所述的声 发射信号采集器的电源为12v锂电池组，锂电池组的容量^3Ah。
10. —种用权利要求1所述的检测系统进行罐底腐蚀检测的方法，包括 以下步骤1) 用母钟对所有声发射信号采集器进行时钟同步和参数设置；2) 通过导线将每个声发射信号采集器分别与2个声发射传感器连接，用耦合剂和传感器紧固件将声发射传感器固定在大型储罐的罐壁上，使声发射 传感器的感应表面紧贴于己经打磨光滑的储罐罐壁上，与每个声发射信号采 集器连接的两个声发射传感器位于同一垂线上且垂直间距为0. 4 0. 6m;3) 启动声发射信号采集器开始采集信号，将采集到的数据先存储到缓存 RAM中，再转存到高速存储器中；4) 检测完毕后，将声发射信号采集器回收并将高速存储器中存储的数据 传输到PC机中，在PC机中进行数据合并和处理。
全文摘要
本发明公开了一种大型储罐罐底腐蚀检测系统，其特征在于包括多个声发射信号采集器和用于对多个声发射信号采集器进行时钟同步的母钟，每个声发射信号采集器有两个采集通道，分别连接一个声发射传感器。另外，本发明还公开了上述检测系统用于大型储罐罐底腐蚀检测时的检测方法。本发明的有益效果是每台声发射信号采集器在传感器旁边放置，减少了传感器到仪器之间的距离，进而减少了信号在电缆上传输所造成的衰减和干扰；布置传感器的操作更简便；采用电池供电减少了外接电源所引入的噪声；每台仪器可以独立使用，维护方便。
文档编号G01N29/04GK101441197SQ200810154098
公开日2009年5月27日 申请日期2008年12月15日 优先权日2008年12月15日
发明者曾周末, 李一博, 刚 杜, 王伟魁, 靳世久 申请人:天津大学