用于测试声发射传感器的方法和装置与流程

概括地说，本公开内容涉及声发射传感器，更具体而言，涉及用于测试声发射传感器的方法和装置。

背景技术：

声发射传感器应用于各种工业中以监测声发射传感器所耦合到的设备(例如，阀或其它过程控制设备)的操作状态。在这些应用中，重要的是知道声发射传感器是否在正常地工作并且声学地耦合到所监测的设备，以确保来自声发射传感器的测量结果是精确的和/或准确的。被称为铅笔芯断开测试的一种已知的测试声发射传感器的功能的方法涉及操作员或技术人员从邻近声发射传感器的机械铅笔断开芯。另一种已知的测试涉及在互易模式(reciprocitymode)中使用压电传感器(即，使用压电传感器作为脉冲发射机而不是接收机)。然而，这些已知的测试不满足正确地评估声发射传感器所需的可再现性和/或切合实际的实施要求，并且可能导致操作员或技术人员不正确地评估声发射传感器的功能。

技术实现要素：

一种示例装置包括：过程控制设备；声发射传感器，其耦合到所述过程控制设备，其中，所述声发射传感器检测所述过程控制设备的操作状况；以及压电音叉(piezoelectrictuningfork)，其声学地耦合到所述声发射传感器，以测试所述声发射传感器的操作状况。

一种示例方法包括：向压电音叉提供电信号以使所述压电音叉产生声信号；使用声发送传感器来测量所述声信号；以及将测量到的声信号与表示参考声信号的数据进行比较以确定测量到的声信号与所述参考声信号之间的偏差。

附图说明

图1是可以被实现为测试声发射传感器的操作状况的示例装置的示图。

图2描绘了表示可以用于实现本文所描述的示例装置的方法的示例流程图。

图3是用于执行指令以实现图2的方法和/或本文所描述的示例装置的处理器平台的示图。

附图不是按比例绘制的。只要可能，贯穿附图和所附书面描述将使用相同的附图标记来指代相同或相似的部分。

具体实施方式

本文所描述的装置和方法可以用于过程控制系统中，以测试耦合到过程控制系统内的过程控制设备的声发射传感器的操作状况。更具体而言，本文所描述的装置和方法包括压电音叉，其耦合到过程控制设备并邻近于声发射传感器。压电音叉操作用于经由控制器发射声信号以检查声发射传感器的功能，其中控制器将测量到的声信号与参考声信号(例如，表示已知的声信号发射传感器的良好操作状况的声信号)进行比较。因此，所公开的装置和方法可以用于测试声发射传感器以确定声发射传感器的操作状况。例如，所公开的方法和装置可以用于确定声发射传感器是否在起作用并且正确地声学耦合到过程控制设备。另外，所公开的方法和装置可以指示声测量链的其余部分(例如，数据采集系统、压电音叉、线缆和/或其它通信设备和系统等)是否在正常地工作。

在一些示例中，声发射传感器通过测量来自过程控制设备的声发射来监测过程控制设备的操作状况。具体而言，压电音叉可以邻近声发射传感器而声学地耦合，以使得声发射传感器可以测量由压电音叉输出的声信号。例如，将压电音叉耦合到过程控制设备并邻近于声发射传感器，在压电音叉与声发射传感器之间创建了声路径。在一些这样的示例中，控制器或操作员工作站通过将由声发射传感器测量的声信号与参考声信号进行比较来确定声发射传感器的操作状况。如果测量到的声信号在参考声信号的门限范围内，则声发射传感器是可操作的并且正确地声学耦合到过程控制设备。或者，如果所测量的声传感器不在参考声信号的门限范围内(即，在测量到的声信号中发生变化)，则声发射传感器没有正确地耦合到过程控制设备或者以其它方式没有正常地工作。在这样的示例中，可以向操作员(例如，经由操作员工作站)发送警报以指示声发射传感器不是可操作的或没有在正常地操作。

图1是可以被实现为测试声发射传感器102的操作状况的示例装置100的示图。声发射传感器102可以是例如商业上可获得的声发射传感器102(例如，vallensysteme声发射传感器)。在一些示例中，声发射传感器102包括外壳104和设置在外壳104中和/或至少部分地被外壳104包围的压电元件106。声发射传感器102测量声信号，并使用模拟通信接口来发送测量到的声信号。压电元件106可以操作用于检测由声信号导致的机械移动。例如，声发射传感器102的压电元件106(其可以耦合到阀或管道)操作用于检测阀或管道中的泄漏。示例声发射传感器102还包括护板108，其耦合到外壳104。护板(wearplate)108至少部分地被外壳104包围并且保护(例如，防止损坏)压电元件106。在一些示例中，其它部件(例如，电极、阻尼材料等)也可以设置在外壳104内。

示例装置100包括示例过程控制设备110，其可以是阀、管道或任何其它过程控制设备。声发射传感器102耦合到过程控制设备110的表面111，并且操作用于检测过程控制设备110(例如，阀或管道)中的泄漏，监测过程控制设备110的结构健康，并且检测与过程控制设备110相关的任何其它事件和/或操作状况。声发射传感器102经由护板108被耦合到表面111。为了促进声学耦合，声发射传感器102可以使用耦合剂或层112(诸如举例来说，操作用于将声发射传感器102声学地耦合到过程控制设备110的表面111的液体、凝胶(gel)或任何其它适当的耦合剂)来被耦合到过程控制设备110的表面111。使用液体或凝胶作为耦合层112通过减少另外会在护板108和过程控制设备110的表面111之间发生的空气间隙的量来改善声发射传感器102到过程控制装置110的声学耦合。替代地，耦合剂或层112可以包括能够为长期使用提供稳定的声学耦合的胶水(glue)或部分胶水填充剂(partialglue-filler)组合。

在所例示的示例装置100中，压电音叉114耦合到过程控制设备110。压电音叉114可以是具有高品质(q)因子的石英音叉(例如，石英谐振器)。在本文所描述的示例装置100中，压电音叉114耦合到过程控制设备110的表面111并邻近于声发射传感器102。在一些示例中，压电音叉114经由与用于将声发射传感器102耦合到过程控制设备110的耦合剂或层112类似的另一耦合剂或层115(例如，液体或凝胶)被耦合到过程控制设备110。将压电音叉114耦合到过程控制设备110的表面111并邻近于声发射传感器102，在压电音叉114与声发射传感器102之间创建了声路径。例如，由压电音叉114输出的声信号可以容易地经由过程控制设备110的表面111传播到声发射传感器102。在一些示例中，用于将声发射传感器102和/或压电音叉114耦合到过程控制设备110的表面111的耦合剂或层112、115的类型影响声路径的品质。替代地，声发射传感器102和/或压电音叉114可以使用例如机械紧固件、磁耦合等耦合到过程控制设备110而无需耦合剂或层112、115。

所例示的示例装置100还包括示例控制器116。控制器116操作地耦合到压电音叉114，以向压电音叉114提供电信号(例如，电压信号)。电信号(例如，电压信号)被提供(例如，发送)给压电音叉114以产生特定的声输出信号。电信号使得压电音叉114产生可由声发射传感器102检测的声信号。在这样的示例中，声发射传感器102测量由压电音叉114输出的声信号。声发射传感器102可以将测量到的声信号发送给控制器116和/或第二控制器(例如，数据采集系统)。示例控制器116和/或第二控制器可以操作用于储存数据(例如，测量到的声信号)。另外地或替代地，数据可以储存在网络储存设备上以有助于远程访问。在一些示例中，可以改变电信号(例如，发送给压电音叉114的输入电压信号)以产生不同的、相应声信号(例如，来自压电音叉114的输出声信号)。由压电音叉114输出的期望的声信号基于提供给压电音叉114的电信号来确定。例如，将电信号与由压电音叉114输出的声信号进行关联的数据储存在数据库中。在一些示例中，数据被组织在表格、图表、图形等中。数据可以包括与由压电音叉114输出的电信号和/或期望的声信号相对应的声参考信号。另外，可以从操作员工作站(诸如举例来说，下文所描述的示例操作员工作站118)远程访问数据。

可以经由任何适当的有线或无线连接向压电音叉114传送电信号。在一些示例中，在用于将声发射传感器102连接到数据库(例如，数据记录系统)的相同连接上提供电信号(例如，电输入)。或者，可以代替地实现向压电音叉114传送电信号的任何其它适当的单元。在一些示例中，控制器116还经由任何适当的有线或无线连接来通信地耦合到过程控制设备110。

在一些示例中，示例装置100包括操作员工作站118。操作员工作站118可以操作地耦合到控制器116和/或声发射传感器102。在一些示例中，操作员工作站118经由有线或无线通信协议来与控制器116、声发射传感器102和/或任何其它控制器或数据采集系统进行通信。例如，操作员工作站118可以远离控制器116、声发射传感器102和/或任何其它控制器(例如，从距离几英里远的不同位置)，并且可以经由无线协议进行通信以访问数据，触发对声发射传感器102的检查，和/或如果在系统内检测到任何不一致，则执行诊断测试。示例声发射传感器102可以使用模拟信号来发送测量到的声信号数据。或者，可以使用任何其它适当形式的有线或无线通信(例如，模拟或数字)。提供给压电音叉114的电信号可以由操作员经由操作员工作站118和/或控制器116指定。例如，操作员可以指定发送给压电音叉114的电信号的电压的幅度和/或频率。另外，操作员可以指定将电信号发送给压电音叉114的时间。

在一些示例中，操作员通过定义测试时间表来指定电信号经由操作员工作站118发送到压电音叉114的时间。替代地，当要测试声发射传感器102时，操作员可以经由操作员工作站118和/或控制器116手动地向压电音叉114发送电信号(例如，按需发送电信号)。操作员可以使用操作员工作站118来创建控制器116所遵循的测试时间表。在一些示例中，测试时间表指示每天的特定时间，其中控制器116在该时间将电信号发送给压电音叉114。以该方式，电信号在指定时间(例如，调度的时间)被发送给压电音叉114，而无需来自操作员的进一步输入。在一些示例中，时间表指示在每周、每月或每年的基础上执行声发射传感器102的测试。由声发射传感器接收的声信号的测试和/或测量也可以由过程控制系统中的事件(诸如举例来说，阀关闭)触发。将电信号发送给压电音叉114可以包括在由操作员指定的时间段内发送电脉冲。替代地，操作员命令控制器116连续地向压电音叉114提供电信号。在这样的示例中，操作员可以指定停止时间或向压电音叉114提供电信号(例如，连续地)，直到操作员指示控制器116来停止。

将由声发射传感器102测量的声信号(例如，测量到的声信号)与表示参考声信号的数据进行比较。表示参考声信号的数据可以储存在例如表格、图表或图形中，其指示由压电音叉114针对发送给压电音叉114的每个可能的电信号而输出的期望的声信号。在一些示例中，参考声信号是由压电音叉114输出并由声发射传感器102测量的先前信号(例如，初始信号、原始信号)。替代地，参考声信号可以是等同于由压电音叉114输出的声信号。基于测量到的声信号与表示参考声信号的数据之间的比较来确定测量到的声信号与参考声信号之间的偏差。在一些示例中，通过比较参考信号和测量到的声信号的幅度的值来确定偏差。偏差可以表示为等同于两个幅度之间的差的数值，或者表示为测量到的声信号和参考声信号之间的百分数差。

可以基于测量到的声信号和参考声信号之间的偏差来确定或评估声发射传感器102的功能或操作状况。测量到的声信号和参考声信号之间的偏差可以指示来自声发射传感器102的测量结果和/或声发射传感器102的功能的精确性。例如，如果测量到的声信号与参考声信号之间的偏差大于门限，则声发射传感器102可能需要维护、修理或更换。如果测量到的声信号和参考声信号之间的差大于某一百分数(例如，5％)，则声发射传感器102可以被指定为不起作用。可以经由操作员工作站118显示警报或报警，其指示声发射传感器102正在发生故障。如果测量到的声信号和参考声信号之间的差低于门限，则声发射传感器102可以被认为在正常地工作并且不需要修理或更换。可以向操作员工作站118发送指示声发射传感器102的操作状况的适当的消息。

在一些示例中，由声发射传感器102测量的声信号数据被滤波以改善声发射传感器102对声信号的检测。示例滤波技术使用压电调音叉的典型的高品质(q)因子和窄带，以容易地从背景声信号和/或振动中滤波来自压电音叉114的声信号。例如，因为压电音叉114具有高q因子和窄带，所以所测量频率的幅度相对于背景噪声较大，并且压电音叉114在窄频带(例如，范围)内操作。因此，由于频率的高幅度和窄带，来自压电音叉的信号容易用滤波器辨别。在一些示例中，品质因子用于确定声发射传感器102和/或压电音叉114声学地耦合到过程控制设备110的良好程度。品质因子是储存在压电音叉114内作为机械振动的能量与由压电音叉114耗散的能量之比，其指示压电音叉114的阻尼量。例如，有高q因子的压电音叉114具有低阻尼和较低的能量损失率。q因子可以指示过程控制设备与压电音叉114和/或声发射传感器102之间的声学耦合的品质。例如，如果q因子从低q因子转变至高q因子，则过程控制设备与压电音叉114和/或声发射传感器102之间的耦合可以被认为是差的。

在一些示例中，通过将压电音叉114部分或完全浸入流体中来增加由压电音叉114生成的声信号。例如，包含石英晶体的压电音叉114的外壳填充有流体以改变石英晶体的特性。可以选择流体的粘度以增加由压电音叉114输出的声信号，以使得声发射传感器102能够检测到该声信号。替代地，流体的粘度基于压电音叉114的耦合常数(例如，与压电音叉114的叉齿之间的耦合相关的弹性常数)和/或声波生成效率(例如，由于直接的热或非传播振动，具有来自压电音叉114的声信号的最小耗散的波生成)。例如，选择流体的粘度以使声波生成效率(例如，实际发送到声发射传感器102的能量)最大化。所选流体的粘度可以是使声波生成效率最大化的任何适当的粘度。在一些示例中，低效的声波是来自压电音叉114的能量损失(例如，热能损耗、非传播振动)的结果。可以确定声波生成效率以估计从压电音叉114传输到声发射传感器102的声能量的量。

虽然在图1中例示了实现示例装置100的示例方式，但是图1中例示的元件、过程和/或设备中的一个或多个可以被组合、划分、重新布置、省略、消除和/以任何其它方式实现。此外，示例声发射传感器102、示例压电音叉114、示例控制器116和示例操作员工作站118可以通过硬件、软件、固件和/或硬件、软件和/或固件的任意组合来实现。因此，例如，示例声发射传感器102、示例压电音叉114，示例控制器116和示例操作员工作站118中的任何一个可以由一个或多个模拟或数字电路、逻辑电路、可编程处理器、专用集成电路(asic)、可编程逻辑器件(pld)和/或现场可编程逻辑器件(fpld)来实现。当阅读本专利的任何装置或系统权利要求以覆盖纯软件和/或固件实现方式时，示例声发射传感器102、示例压电音叉114、示例控制器116和示例操作员工作站118中的至少一个在此被明确定义为包括有形计算机可读储存设备或储存盘，诸如存储器、数字多功能盘(dvd)、压缩盘(cd)、蓝光盘等，其储存软件和/或固件。此外，图1的示例装置100可以包括除了或替代图1中例示的那些之外的一个或多个元件、过程和/或设备，和/或可以包括任何或所有例示的元件、过程和设备中的一个以上元件、过程和设备。

在图2中示出了表示用于实现图1的装置100的示例方法的流程图。在该示例中，该方法可以使用包括由诸如处理器312之类的处理器执行的程序的机器可读指令来实现，处理器312在下文结合图3讨论的示例处理器平台300中示出。程序可以体现在储存于有形计算机可读储存介质(例如cd-rom、软盘、硬盘驱动器、数字多功能盘(dvd)、蓝光盘或与处理器312相关联的存储器)上的软件中，但是整个程序和/或其部分可以替代地由除处理器312之外的设备执行和/或体现在固件或专用硬件中。此外，尽管参考图3例示的流程图描述了示例程序，但是替代地可以使用实现示例装置100的许多其它的方法。例如，可以改变框的执行顺序，和/或可以改变、消除或组合所描述的框中的一些。

如上所述，图2的示例方法可以使用储存在有形计算机可读储存介质(诸如硬盘驱动器、闪存、只读存储器(rom)、压缩盘(cd)、数字多功能盘(dvd)、高速缓存、随机存取存储器(ram)和/或任何其它储存设备或储存盘)上的经编码的指令(例如，计算机和/或机器可读指令)来实现，其中信息在介质中被储存任何持续时间(例如，达延长的时间段、永久地、短暂地、用于临时缓冲和/或用于信息的缓存)。如本文所使用的，术语有形计算机可读储存介质被明确定义为包括任何类型的计算机可读储存设备和/或储存盘，并且排除传播信号和传输介质。如本文所使用的，“有形计算机可读储存介质”和“有形机器可读储存介质”可互换地使用。另外地或替代地，图2的示例方法可以使用储存在非暂时性计算机和/或机器可读介质(诸如硬盘驱动器、闪存、只读存储器、压缩盘、数字多功能盘、高速缓存、随机存取存储器和/或任何其它储存设备或储存盘)上的经编码的指令(例如，计算机和/或机器可读指令)来实现，其中信息在介质中被储存任何持续时间(例如，达延长的时间段、永久地、短暂地、用于临时缓冲和/或用于信息的缓存)。如本文所使用的，术语非暂时性计算机可读介质被明确地定义为包括任何类型的计算机可读储存设备和/或储存盘，并且排除传播信号和传输介质。如本文所使用的，当短语“至少”用作权利要求的前序中的过渡术语时，其以与术语“包括”为开放式的相同方式是开放式的。

当电压信号从控制器116和/或操作员工作站发送到压电音叉114以从压电音叉114产生声输出信号时(框202)，图2的示例方法200开始。使用声发射传感器102来测量来自压电音叉114的声输出(框204)。将由声发射传感器102测量的声信号和由压电音叉114输出的声信号进行比较，以确定两个声信号之间的偏差(框206)。如果声信号的偏差大于门限(框208)，则经由操作员工作站118向操作员发送诊断消息(例如，报警)，以指示声发射传感器102的操作状况(例如，没有在正常地工作)(框210)。如果偏差没有大于门限(框208)，则可以向操作员工作站118发送指示声发射传感器102在正常地工作的消息(框212)。然后，控制器116基于来自操作员的输入和/或测试时间表来确定是否重复测试(框214)。如果重复测试，则控制返回到框202。

图3是能够执行指令以实现图2的方法和图1的装置100的示例处理器平台300的框图。处理器平台300可以是例如服务器、个人计算机、移动设备(例如，蜂窝电话、智能电话、诸如ipad^tm之类的平板电脑)，个人数字助理(pda)、互联网设备、dvd播放器、cd播放器、数字视频记录器、蓝光播放器、游戏控制台、个人视频记录器、机顶盒或任何其它类型的计算设备。

所例示示例的处理器平台300包括处理器312。所例示示例的处理器312是硬件。例如，处理器312可以由来自任何期望家庭或制造商的一个或多个集成电路、逻辑电路、微处理器或控制器来实现。

所例示示例的处理器312包括本地存储器313(例如，高速缓存)。所例示示例的处理器312经由总线318来与包括易失性存储器314和非易失性存储器316的主存储器进行通信。易失性存储器314可以由同步动态随机存取存储器(sdram)、动态随机存取存储器(dram)、rambus动态随机存取存储器(rdram)和/或任何其它类型的随机存取存储器设备来实现。非易失性存储器316可以由闪存和/或任何其它期望类型的存储器设备来实现。对主存储器314和316的访问由存储器控制器来控制。

所例示示例的处理器平台300还包括接口电路320。接口电路320可以由任何类型的接口标准(诸如以太网接口、通用串行总线(usb)和/或pciexpress接口)来实现。

在所例示示例中，一个或多个输入设备1022连接到接口电路320。输入设备322允许用户将数据和命令输入到处理器312中。输入设备可以例如由音频传感器、麦克风、相机(静止或视频)、键盘、按钮、鼠标、触摸屏、轨迹板、轨迹球、等点装置(isopoint)和/或语音识别系统来实现。

一个或多个输出设备324也连接到所例示示例的接口电路320。输出设备324可以例如由显示设备(例如，发光二极管(led)、有机发光二极管(oled)、液晶显示器、阴极射线管显示器(crt)、触摸屏、触觉输出设备、发光二极管(led)、打印机和/或扬声器)来实现。因此，所例示示例的接口电路320典型地包括图形驱动卡、图形驱动芯片或图形驱动处理器。

所例示示例的接口电路320还包括诸如发射机、接收机、收发机、调制解调器和/或网络接口卡之类的通信设备，以有助于经由网络326(例如，以太网连接、数字用户线(dsl)、电话线、同轴电缆、蜂窝电话系统等)与外部机器(例如，任何类型的计算设备)交换数据。

所例示示例的处理器平台300还包括用于储存软件和/或数据的一个或多个大容量储存设备328。这种大容量储存设备328的示例包括软盘驱动器、硬盘驱动器、压缩盘驱动器、蓝光盘驱动器、raid系统和数字多功能盘(dvd)驱动器。

用于实现图2的方法的经编码的指令332可以储存在大容量储存设备328、易失性存储器314、非易失性存储器316中和/或诸如cd或dvd之类的可移动有形计算机可读储存介质上。

从上述内容将意识到，上文所公开的方法、装置和制品使得操作员能够使用可以被远程地控制(例如，从操作员工作站118)的测试装置(例如，压电音叉114)来获得声发射传感器102的一致的测试结果。

虽然本文已经公开了某些示例方法、装置和制品，但是本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利覆盖了相当地落入本专利的权利要求的范围内的所有方法、装置和制品。