储罐底板分布式无线主被动声融合检测方法与流程

本发明属于储罐检测技术领域，涉及一种储罐底板分布式无线主被动声融合检测方法。

背景技术：

超声导波和声发射是可以实现不开罐不停产的储罐底板在线检测的技术。其中：

超声导波是主动声技术，测试系统表现为将传感器置于打磨过的罐底边缘板上，在导波收发器的控制下，传感器主动发出脉冲信号到罐底板中激发lamb波，当lamb波遇到缺陷时，形成回波，通过分析回波信号可以比较精确地计算出缺陷的位置。如此将传感器沿着罐底边缘板运行一周，进行逐点检测，获得多个方向的检测数据，最后再由计算机完成数据的汇总分析，形成罐底板缺陷分布图像，可以表征底板已形成的腐蚀损伤。

声发射是被动声技术，测试系统表现为在储罐外壁近底板处均布一定数量的传感器进行被动听声，由同轴电缆连到声发射仪上，由上位机处理数据，通过各传感器接收到声发射信号的时间差综合估算声源位置，了解罐底各区域的腐蚀状况，定性评估底板的腐蚀活性状态。

可见，超声导波和声发射系统均可通过在底部布置传感器对储罐底板进行检测。超声导波检测的是储罐底板已经形成的腐蚀缺陷，目的在于检测出底板已形成腐蚀缺陷部位；声发射技术检测储罐底板正在发生腐蚀部位的活跃程度，目的在于找出腐蚀正在发生的部位定性评估活度。两种检测技术的侧重点和得到的结果不同，但最终目的均为明确储罐的状态能否安全运行。已形成缺陷的部位不一定正在发生腐蚀，腐蚀活跃的部位不一定剩余厚度小。

由于现有技术中的超声导波系统只能检测罐底已有腐蚀缺陷的位置，还不能得到缺陷的尺寸，而声发射系统仅能检测罐底腐蚀活性，在利用超声导波与声发射系统对储罐底板进行在线检测时可能出现评价结果不全面的问题。

此外，由于超声导波技术需要将传感器沿着罐底边缘板运行一周，进行逐点检测，因此超声导波技术具有监测效率低下、因声波衰减检测覆盖范围较小等局限性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种储罐底板分布式无线主被动声融合检测方法，以提高检测方法的检测覆盖范围和检测效率，同时使得评价结果更加全面直观可靠。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

储罐底板分布式无线主被动声融合检测方法，其采用的储罐底板分布式无线主被动声融合检测系统包括声波传感器、采集卡和上位机；

采集卡用于接收声波传感器的数据，对该数据进行处理并无线传输到上位机；

所述声波传感器有多个；

采集卡上集成有主动声激励模块、数据采集模块、中央处理单元和无线通讯模块；其中：

主动声激励模块和数据采集模块分别与中央处理单元连接；

中央处理单元与无线通讯模块连接；

无线通讯模块与上位机之间设有无线网关并通过所述无线网关连接；

所述储罐底板分布式无线主被动声融合检测方法包括如下步骤：

s1、安装过程

首先将由多个声波传感器组成的传感器阵列布置在储罐外部的罐底边缘板上；

s2、检测过程

s2.1、首先上位机发出采集指令，无线通讯模块接收指令并传递给中央处理单元；

中央处理单元向主动声激励模块发出激发指令，由主动声激励模块激发声波传感器在罐底产生主动声激励波；

s2.2、主动声激励波经罐底缺陷调制后触发传感器得到主动声激励调制信号，由罐底腐蚀活性缺陷发出被动声发射波触发传感器得到被动声发射信号；

主动声激励调制信号和被动声发射信号由声波传感器接收；

s2.3、声波传感器将主动声激励调制信号和被动声发射信号发送给数据采集模块；

s2.4、数据采集模块将采集到的信号进行数字化处理然后发送至中央处理单元；

s2.5、中央处理单元对接收的信号进行处理，得到储罐的罐底缺陷信息数据，然后将该缺陷信息数据通过无线通讯模块发送至上位机；

s2.6、上位机通过对接收到的缺陷信息数据进行解调处理分析，从而得到储罐底板腐蚀的缺陷分布和正在发生腐蚀区域分布；

同时上位机读取储罐工艺参数，实现对储罐底板腐蚀状态的综合分析和评价。

优选地，所述步骤s1中，声波传感器与罐底边缘板之间通过耦合剂紧密贴合。

优选地，所述步骤s1中，每个声波传感器分别内置一个采集卡。

优选地，所述步骤s1中，在将传感器阵列布置在罐底边缘板之前需要先打磨罐底边缘板布置声波传感器的部位。

优选地，所述步骤s2.1中，主动声激励波的频率范围为20khz-500khz。

优选地，所述步骤s2.6中，储罐工艺参数存储于储罐工控系统。

优选地，所述储罐工艺参数包括液位和温度参数。

优选地，所述步骤s2.6中，上位机对缺陷信息数据进行解调：

通过解调信号在每个检测节点上的能量分布确定缺陷的位置，通过检测波信号不规则传播情况、波形参数和频谱形态识别缺陷的基本尺寸。

优选地，所述步骤s2.6中，上位机对主动声激励调制信号和被动声发射信号进行频域和时域的信号融合，通过层析成像技术对各个声波传感器接收到的信号进行图像重建，得到储罐底板腐蚀的缺陷位置和尺寸，通过定位算法、根据定位事件数获得正在发生腐蚀区域腐蚀活跃程度分布。

本发明具有如下优点：

本发明通过在罐底边缘板处均布一定数量的声波传感器，激发主动声激励波，同时采集主动声激励调制信号和被动声发射信号，完成频域和时域信息融合分析处理，形成储罐底板缺陷分布和腐蚀活跃程度(活度)的图像。本发明改变了传统超声导波技术的传感器逐点检测模式，采用罐底固定传感器阵列的主动声激励检测方法，改变声信号激励模式以及缺陷调制信号提取方式，提高检测覆盖范围，得到缺陷位置和尺寸；融合被动声发射检测方法对储罐底板活性腐蚀进行检测，将大大提高检测效率，同时评价结果更全面直观可靠。此外，本发明采用无线通讯模块传输检测数据，可实现远程监测，并可进行长期全天候监测。

附图说明

图1为本发明实施例1中储罐底板分布式无线主被动声融合检测系统的结构框图；

图2为本发明实施例1中无线网关的结构框图；

图3为本发明实施例1中声波传感器的布置结构图；

图4为图3中声波传感器布置结构的俯视图；

图5为本发明实施例4中储罐底板分布式无线主被动声融合检测方法的流程框图；

图6为本发明中储罐底板的缺陷分布和腐蚀活跃程度分布图；

其中：1-声波传感器，2-采集卡，3-上位机，4-主动声激励模块，5-数据采集模块，6-中央处理单元，7-储罐工控系统，8-储罐，9-罐底边缘板；

10-无线通讯模块，11-无线网关，12-无线通讯模块，13-tcp/ip协议转换模块。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1

结合图1所示，储罐底板分布式无线主被动声融合检测系统，包括声波传感器1、采集卡2和上位机3。

本实施例1中的声波传感器1有多个，各个声波传感器1均匀布置在储罐8外部的罐底边缘板9上，如图3和图4所示。声波传感器1同时具有接收和发射声波功能。

通过布置上述声波传感器可以对罐底的缺陷情况进行主被动声波检测。

采集卡2用于接收声波传感器1的数据，对该数据进行处理并无线传输到上位机3。

采集卡2上集成有主动声激励模块4、数据采集模块5、中央处理单元6和无线通讯模块10。其中，主动声激励模块4和数据采集模块5分别与中央处理单元6连接。

中央处理单元6与无线通讯模块10连接。

无线通讯模块10与上位机3之间设有无线网关11并通过所述无线网关连接。

由于上述无线通讯模块10和无线网关11的设置，改变了传感器1和采集通道一一对应，省去了声波传感器1与采集卡2之间需要布置的大量同轴电缆，以及省去了采集卡2与上位机3之间需要连接的信号线，可实现远程监测，并可进行长期全天候监测。

如图2所示，无线网关包括无线通讯模块12和tcp/ip协议转换模块13，其中，无线通讯模块12与无线通讯模块10之间建立无线通讯，tcp/ip协议转换模块13与上位机相连。

主动声激励模块4被配置为用于激发声波传感器1在罐底产生主动声激励波。产生的主动声激励波包括低频声波和高频声波，具体视储罐的结构和规格而定。

声波传感器1被配置为用于接收主动声激励调制信号和被动声发射信号。其中：

主动声激励调制信号是主动声激励波经罐底缺陷调制后触发声波传感器1得到的；

被动声发射信号是由罐底腐蚀活性缺陷发出的被动声发射波触发传感器1得到的。

数据采集模块5被配置为用于采集经由声波传感器1接收的主动声激励调制信号和被动声发射信号，然后将采集到的信号进行数字化处理后发送给中央处理单元6。

中央处理单元6被配置为用于控制主动声激励模块4和数据采集模块5，同时进行信号处理分析得到缺陷信息数据，然后将相应的缺陷信息数据通过无线通讯模块上传给上位机。

此处，中央处理单元6对信号的处理分析主要是值基本滤波。

其中，缺陷信息数据可以在上位机被处理分析，得到缺陷的位置分布、尺寸大小以及缺陷的腐蚀活性等。

上位机3被配置为用于对接收的缺陷信息数据进行解调：

通过解调信号在每个检测节点上的能量分布确定缺陷的位置，通过检测波信号不规则传播情况、波形参数和频谱形态识别缺陷的基本尺寸。

每个检测节点即对应于在储罐的罐底边缘板上布置的一个声波传感器1。

同时上位机3还被配置为用于对采集的主动声激励调制信号和被动声发射信号进行频域和时域的信号融合，通过层析成像技术对各个声波传感器接收到的信号进行图像重建，得到储罐底板腐蚀的缺陷位置和尺寸，通过定位算法、根据定位事件数获得正在发生腐蚀区域腐蚀活跃程度分布；

其中，对主被动声发射信号融合的过程就是将这些信号按照时域序列进行分析处理，同时对频域进行分析的过程，通过将一个缺陷的主动声激励调制信号和被动声发射信号融为一个集合，从而对该缺陷的所有集合信号进行定性和定量分析，以得到缺陷的活性和尺寸。

同时上位机3读取储罐工艺参数，实现对储罐底板腐蚀状态的综合分析和评价。

本实施例1中的储罐工艺参数存储于储罐工控系统7中，上位机3通过读取的方式从储罐工控系统中获得储罐工艺参数，储罐工艺参数包括液位、温度等参数。

优选地，声波传感器1与罐底边缘板之间通过耦合剂紧密贴合，以提高检测效果。

针对典型储罐规格，本实施例1还分别设计不同尺寸、不同线圈结构的声波传感器，进行不同频率声波激励试验，从而选出检测效果好的声波传感器及激励频率。

本实施例1中的检测系统相比于现有技术具有如下优势：

1、声波传感器1均布在罐底边缘板上，进行主动声激励信号的发和收，同时对被动声发射信号进行接收，改变了传统超声导波系统的传感器逐点检测模式，提高了检测效率。

2、优选传感器参数和主动声激励频率，提高了主动声激励检测系统覆盖范围。

3、融合主被动声形成储罐底板检测系统，经过频域和时域的主被动声信号融合，通过层析成像技术对罐底边缘板上各个声波传感器接收到的信号进行图像重建，得到储罐底板腐蚀的缺陷分布，另外通过定位算法可以获得正在发生腐蚀区域分布；

4.采用无线通讯模式传输检测数据，可实现远程监测，并可进行长期全天候监测。

本实施例1能够获得储罐底板腐蚀缺陷的位置、尺寸和腐蚀活性，评价结果更直观可靠。

实施例2

本实施例2述及了一种储罐底板分布式无线主被动声融合检测系统，该实施例2除以下技术特征与上述实施例1不同之外，其余技术特征均可参照上述实施例1。

由于声波模态数随频率的增大而增加，采用多个窄带激励信号作为激励波，可以抑制被激励波的多模态，降低监测的复杂性。本实施例2中频率范围为20khz-500khz，此范围内的激励波衰减较慢，可选择该频段作为主动声激励波的频率范围。

实施例3

本实施例3述及了一种储罐底板分布式无线主被动声融合检测系统，该实施例3除以下技术特征与上述实施例1不同之外，其余技术特征均可参照上述实施例1。

每个声波传感器1分别内置一个采集卡2，使得每个声波传感器都能激励和接收。

实施例4

本实施例4述及了一种储罐底板分布式无线主被动声融合检测方法，该方法采用的检测系统可采用如上述实施例1、2或3中的储罐底板分布式无线主被动声融合检测系统。

如图5所示，本实施例4中储罐底板分布式无线主被动声融合检测方法包括如下步骤：

一、安装过程：

首先将由多个声波传感器1组成的传感器阵列布置在打磨好的罐底边缘板上，通过耦合剂紧密贴合；

二、检测过程：

1.首先上位机发出采集指令，无线通讯模块接收指令并传递给中央处理单元，中央处理单元6向主动声激励模块4发出激发指令，由主动声激励模块4激发声波传感器1在罐底产生主动声激励波；

2.上述主动声激励波经罐底缺陷调制后得到主动声激励调制信号，而由罐底腐蚀活性缺陷还可以发出被动声发射信号，这两种信号通过声波传感器1接收；

3.声波传感器1将主动声激励调制信号和被动声发射信号发送给数据采集模块5；

4.数据采集模块5将采集到的信号进行数字化处理然后发送至中央处理单元6；

5.中央处理单元6对接收的信号进行处理，得到储罐的罐底缺陷信息数据，然后将该缺陷信息数据通过无线通讯模块10发送至上位机3；

6.上位机3对缺陷信息数据进行解调，通过解调信号在每个检测节点上的能量分布确定缺陷的位置，通过检测波信号不规则散射情况识别缺陷的基本尺寸；

同时上位机3还对采集的主动声激励调制信号和被动声发射信号进行频域和时域的信号融合，通过层析成像技术对各个声波传感器接收到的信号进行图像重建，得到储罐底板腐蚀的缺陷位置和尺寸，通过定位算法、根据定位事件数获得正在发生腐蚀区域腐蚀活跃程度分布，如图6所示：其中，平面的灰色云图就是已形成缺陷分布灰色柱状图是腐蚀活跃程度的分布，“x”方向、“y”方向分别为储罐底板所处水平面的两个坐标方向，事件数表示腐蚀活跃程度，“n#”表示编号为n的传感器，n的取值为自然数。

同时上位机3读取储罐工艺参数，实现对储罐底板腐蚀状态的综合分析和评价。

本实施例4通过同时采集主动声激励调制信号和被动声发射信号，能够完成频域和时域信息融合分析处理，从而形成储罐底板缺陷分布和腐蚀活跃程度(活度)的图像。

本发明有效解决了现有技术中超声导波技术只能检测罐底已有腐蚀缺陷位置，而声发射系统仅能检测罐底正在腐蚀区域的活度，而导致的对储罐底板进行在线检测可能出现评价结果不全面的问题，以及超声导波技术的逐点检测效率低和声波衰减检测范围小的问题。采用无线通讯模块传输检测数据，改变了传感器和通道一一对应，解决了大量布线的弊端。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。