一种用于顶压机顶锤的在线故障监测方法与流程

本发明涉及声发射在线监测领域，具体涉及一种用于顶压机顶锤的在线故障监测方法。

背景技术：

金刚石作为已知天然物质中最硬的材料，具有许多优异的特性，如带隙宽、超硬特性、绝缘性高、热膨胀系数极低和良好的化学惰性等，因此作为一种重要的功能材料被广泛应用于光电子信息、微电子加工、精密切削仪器、光学窗口材料等。金刚石主要分天然与人工合成两类，两面及六面顶压机作为一种常见的人造金刚石制备机器，其原理是将石墨相的碳在高温高压状态下转化为金刚石相的碳。由于生产过程中与石墨相接触的顶锤需要长期在高压应力下工作，使得其自身产生应力疲劳出现裂纹损坏，而某一顶顶锤损坏会打破之前的平衡状态使其他正常的顶锤发生碰撞，从而造成额外的经济损失。

目前，在生产过程中需要技术工人对两面或六面顶压机的顶锤进行监控，并凭借经验在仪器出现异常时及时进行处理，这种方法较为消耗人力并有可能由于疏忽而导致的漏报现象。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供的一种用于顶压机顶锤的在线故障监测方法，该方法有效且可靠地降低了顶锤故障误报率与错报率，准确实现了在线监测并可以及时发现损坏探头并进行更换；同时节约了了人力及金钱成本，避免了由于顶锤出现故障而导致的安全事故及经济损失；保证了两面或六面顶压机的运行的安全性及可靠性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于顶压机顶锤的在线故障监测方法，所述监测方法通过声发射组件实现，所述声发射组件包括依次连接的传感器、前置放大器、数据采集卡及计算机；所述方法用于监测两面顶压机的顶锤或六面顶压机的顶锤的施工安全；所述方法包括如下步骤：

步骤1.将各个所述声发射组件中的所述传感器分别安装在所述顶压机的每个所述顶锤的外壁上；且每个所述传感器分别与其依次连接的前置放大器、数据采集卡及计算机组成一个声发射通道；

步骤2.所述声发射组件实时监测所述顶锤是否产生判断信号；

若否，则继续监测；

若是，则进入步骤3；

步骤3.同步采集所述判断信号并生成事件组；其中，所述事件组包括声发射信号及压力信号；

步骤4.根据所述事件组中接收的信号判断各声发射通道是否正常工作；

若是，则进入步骤5；

若否，则对所述声发射组件进行检修并返回步骤2；

步骤5.判断所述压力信号的值是否超过标准压力值；

若是，则进入步骤6；

若否，则返回步骤2；

步骤6.判断声发射信号第一撞击与第二撞击时间差是否超过标准时间差；

若是，则进入步骤7；

若否，则返回步骤2；

步骤7.判断各所述声发射通道的声发射信号能量平均值是否超过标准能量平均值；

若是，则进行所述顶压机顶锤开裂报警；

若否，则返回步骤2。

优选的，所述标准压力值的设置范围为0-200MPa；所述标准时间差的设置范围为1-9999μs；所述标准能量平均值的设置范围为1-99999mV·ms。

优选的，所述步骤3包括：

3-1.所述数据采集卡同步采集所述判断信号并发送至所述计算机；

3-2.所述计算机将接收到的所述判断信号生成事件组。

优选的，所述步骤4包括：

4-1.同时判断所述事件组中是否有所述声发射通道存在两次以上撞击并连续超过规定次数、及所述事件组中是否缺少某一所述声发射通道数据并连续超过所述规定次数；所述规定次数为1至100次；

若两处判断结果其中之一或均为是，则进入4-2；

若两处判断结果均为否，则进入步骤5；

4-2.进行所述传感器的故障报警并检修，返回步骤2。

优选的，所述步骤6中的所述撞击时间差为所述事件组的各个所述声发射通道接收撞击的时间差值。

优选的，所述事件组的最大长度在10-9999μs之间，且所述事件组的闭锁时间在100-999999μs之间。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种用于顶压机顶锤的在线故障监测方法，该方法监测两面顶压机的顶锤或六面顶压机的顶锤的施工安全，通过将声发射组件中的传感器安装在顶压机的每个顶锤上；声发射组件实时监测顶锤是否产生判断信号；传感器根据判断信号同步采集顶锤的事件组；判断声音信号、压力信号的值、撞击时间差及声发射通道能量平均值；并进行顶压机顶锤开裂报警。本发明提出的方法有效且可靠地降低了顶锤故障误报率与错报率，准确实现了在线监测并可以及时发现损坏探头并进行更换；同时节约了了人力及金钱成本，避免了由于顶锤出现故障而导致的安全事故 及经济损失；保证了两面或六面顶压机的运行的安全性及可靠性。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

1、本发明所提供的技术方案中，通过将声发射组件中的传感器安装在顶压机的每个顶锤上；准确且有效的实现了对两面或六面顶压机顶锤的在线故障监测，节约了了人力及金钱成本。

2、本发明所提供的技术方案，通过声发射组件实时监测顶锤是否产生判断信号；传感器根据判断信号同步采集顶锤的事件组；判断声音信号、压力信号的值、撞击时间差及声发射通道能量平均值；并进行顶压机顶锤开裂报警；有效且可靠地降低了顶锤故障误报率与错报率，准确实现了在线监测并可以及时发现损坏探头并进行更换；避免了由于顶锤出现故障而导致的安全事故及经济损失；保证了两面或六面顶压机的运行的安全性及可靠性。

3、本发明提供的技术方案，在顶压机故障监测领域应用广泛，具有显著的社会效益和经济效益。

附图说明

图1是本发明的一种用于顶压机顶锤的在线故障监测方法的流程图；

图2是本发明的监测方法的步骤3的流程示意图；

图3是本发明的监测方法的步骤4的流程示意图；

图4是本发明的一种用于顶压机顶锤的在线故障监测方法的具体应用例中的声发射检测原理图；

图5是本发明的具体应用例中的声发射系统基本构成图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种用于顶压机顶锤的在线故障监测方法，监测方法通过声发射组件实现，声发射组件包括依次连接的传感器、前置放大器、数据采集卡及计算机；方法用于监测两面顶压机的顶锤或六面顶压机的顶锤的施工安全；方法包括如下步骤：

步骤1.将各个声发射组件中的传感器分别安装在顶压机的每个顶锤的外壁上；且每个传感器分别与其依次连接的前置放大器、数据采集卡及计算机组成一个声发射通道；

步骤2.声发射组件实时监测顶锤是否产生判断信号；

若否，则继续监测；

若是，则进入步骤3；

步骤3.同步采集判断信号并生成事件组；其中，事件组包括声发射信号及压力信号；

步骤4.根据事件组中接收的信号判断各声发射通道是否正常工作；

若是，则进入步骤5；

若否，则对声发射组件进行检修并返回步骤2；

步骤5.判断压力信号的值是否超过标准压力值；

若是，则进入步骤6；

若否，则返回步骤2；

步骤6.判断声发射信号第一撞击与第二撞击时间差是否超过标准时间差；

若是，则进入步骤7；

若否，则返回步骤2；

步骤7.判断各声发射通道的声发射信号能量平均值是否超过标准能量平均值；

若是，则进行顶压机顶锤开裂报警；

若否，则返回步骤2。

其中，标准压力值的设置范围为0-200MPa；标准时间差的设置范围为1-9999μs；标准能量平均值的设置范围为1-99999mV·ms。

如图2所示，步骤3包括：

3-1.数据采集卡同步采集判断信号并发送至计算机；

3-2.计算机将接收到的判断信号生成事件组。

如图3所示，步骤4包括：

4-1.同时判断事件组中是否有声发射通道存在两次以上撞击并连续超过规定次数、及事件组中是否缺少某一声发射通道数据并连续超过规定次数；规定次数为1至100次；

若两处判断结果其中之一或均为是，则进入4-2；

若两处判断结果均为否，则进入步骤5；

4-2.进行传感器的故障报警并检修，返回步骤2。

其中，步骤6中的撞击时间差为事件组的各个声发射通道接收撞击的时间差值。

其中，对事件组中所得声发射信号的处理方法包括：

a.在事件组内每个声发射通道的撞击信号中，选取最先到达的撞击信号；在该事件组结束前，最先到达的撞击信号所在的声发射通道内出现的其他撞击被过滤；

b.事件组内的各个声发射通道的撞击按照到达时间的先后顺序，定义为第一撞击至第n撞击；若顶压机为两面顶压机，则n等于2；若顶压机为六面顶压机，则n等于6；

c.当一个事件组内各个声发射通道均有1个撞击时，则该事件组结束；

d.从收到第一撞击开始计时，当达到所设定事件组最大时间长度X2us时，即使不满足每个通道已有1个撞击，事件组也强行结束，若顶压机为两面顶压机，则事件组内撞击数可以少于2个；若顶压机为六面顶压机，则事件组内撞击数少于为6个；

e.在上一个事件组结束后，所有声发射通道在闭锁时间X2us内不统计任何撞击，之后开始下一个事件组的撞击信号采集，当采集到下一个撞击信号时，将其定为下一个事件组开始时间。

其中，事件组的最大长度在10-9999μs之间，且事件组的闭锁时间在100-999999μs之间。

如图4至5所示，本发明提供一种用于顶压机顶锤的在线故障监测方法的具体应用例，该应用例中所用仪器为北京声华兴业公司SAEU2S声发射系统，所用传感器型号为SR150；且传感器固定在顶压机侧边，将接收到的信号通过前置放大器对其进行放大处理，数据采集卡将采集得到信号进行分析并生成对应参数，包括信号到达时间、通道号，幅度、振铃计数、能量、上升时间等；

该应用例以六面顶压机顶锤为例，具体包括：

采用的声发射系统由一个6通道采集主机、6个传感器、6个20dB前放组成。采集信号动态范围60dB-120dB，采样率不低于2MHz，采样精度不低于12位，并有外参输入与报警输出功能，同时对仪器实施了电磁屏蔽防止外界干扰，具备由电脑下载设置、存储设置功能以及工作状态指示灯和各通道报警指示灯。

生成事件组由每个通道取一个撞击，事件组结束前任何通道出现的第二次及以上的撞击将被滤除，由第一撞击开始计时，但当达到事件最大长度时，即使不满足每通道已有一个撞击也要强行结束生成事件组；上一个事件组结束后，所有通道闭锁时间内不统计任何撞击，之后再开始下一个事件组采集。

对生成事件组进行判定，出现下面两种情况将会被判定为仪器故障，工作状态指示灯亮提示检修：

1.事件组中某通道有两次以上撞击并连续出现一定次数；

2.事件组中缺少某通道数据并连续出现一定次数。

当事件组正确生成后对下面三个条件进行判断，当同时满足时开裂报警指示灯亮：

1.采集的压力信号是否大于一定参数；

2.事件组内第一撞击与第二撞击时间差是否小于一定参数；

3.事件组内所有通道能量平均值是否大于某一参数。

对于定义事件组生成条件的设置，其中：

事件组最大长度在10-9999μs之间；

事件组闭锁时间在100-999999μs之间。

对于仪器故障报警条件的设置，其中：

同一通道重复撞击事件数在1-100次之间；

缺少某个通道数据事件数在1-100次之间。

对于开裂事件报警条件的设置，其中：

外参采集到的压力信号在0-200MPa之间

第一撞击与第二撞击时间差在1-9999μs之间；

所得能量平均值在1-99999mV·ms之间。

其中，所生成事件组由每个通道取一个撞击，最多共六个撞击组成；具体操作方法：

1)事件组内每个通道的撞击信号应选取最先到达的撞击，该事件组结束前，该通道内出现的其他撞击将被过滤掉；

2)事件组内六个通道的撞击按照到达时间的顺序，定义为第一撞击至第六撞击；

3)当一个事件组内每个通道均有1个撞击时，总共6个撞击，该事件组结束；

4)从收到第一撞击开始计时，当达到所设定事件组最大时间长度X1us时，即使不 满足每个通道已有1个撞击，事件组也要强行结束，这种情况允许事件组内撞击数少于六个；

5)在上一个事件组结束后，所有通道在闭锁时间X2us内不统计任何撞击，之后开始下一个事件组的撞击信号采集，当采集到下一个撞击信号时，定为下一个事件组开始时间。

本应用例提供了一种用于六面顶压机顶锤监测的声发射报警方法，通过对所收集到的信号进行处理分析，当信号数据达到所设定的条件是开裂事件报警灯亮提示故障；

在通过声发射设备对高温高压法制备金刚石过程中顶锤在役状态提供实时监测过程中，通过本应用例方法对所得声发射信号处理分析，降低了故障的错报率与误报率，对降低生产成本与提高生产效率有着重要的意义。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。