一种用于压力容器的损伤实时感知和预警系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于压力容器的损伤实时感知和预警系统，包括信号发生单元、信号激发端、信号接收端、矩阵开关、信号显示单元和计算机，信号激发端和信号接收端均包括陶瓷压电片阵列；信号发生单元产生第一电信号，该第一电信号经矩阵开关后由信号激发端转换为压力信号，该压力信号经压力容器后由对应的信号接收端接收并转换后第二电信号，信号显示单元通过矩阵开关接收所述第二电信号，显示并传送至计算机，计算机根据所述第二电信号实现压力容器的状态监测。与现有技术相比，本发明专利技术解决了基于导波的压力容器损伤实时感知和预警困难的问题，能够及时有效地避免压力容器发生灾难性破坏。

A real-time damage detection and early warning system for pressure vessels

The invention relates to a method for pressure vessel injury real-time sensing and warning system, including signal generation unit, signal excitation end, signal receiver, matrix switch, signal display unit and computer, signal excitation terminal and the signal receiver comprises a ceramic piezoelectric array; the signal generating unit generates a first electrical signal, the first electric the matrix switch signal by the end signal excitation is converted to pressure signals, the pressure signal by the pressure vessel by the corresponding signal receiver and converted the second electrical signal, the signal display unit receiving the second electrical signals through the matrix switch, displayed and transmitted to the computer, the computer according to the second electrical signal state monitoring of pressure vessel. Compared with the existing technology, the invention solves the problem of real-time perception and early warning of pressure vessel damage based on guided waves, and can timely and effectively avoid catastrophic damage of pressure vessels.

【技术实现步骤摘要】
一种用于压力容器的损伤实时感知和预警系统
本专利技术涉及一种，尤其是涉及一种用于压力容器的损伤实时感知和预警系统。
技术介绍
压力容器是生产、生活中广泛使用的可能引起燃爆或中毒等危险性较大的特种设备。在役用压力容器由于在设计、制造、安装和运行中存在各种问题而导致异常失效，从而造成突发性破坏事故。对压力容器损伤的实时感知和预警能够实时监测压力容器的健康状态，为进一步停机检测提供指导，有效避免灾难性事故发生。然而，对压力容器损伤与缺陷的传统无损检测技术(如：射线技术、磁性检测技术、涡流检测、超声技术、表面复膜技术等)无法实现压力容器的实时在线监测，且设备需要停机检测，成本高。现有专利申请CN106710648A公开一种核电站反应堆压力容器辐照损伤监控方法，该方法首先测量任意时间点压力容器钢同一监测部位的辐照损伤后的纳米压痕硬度，然后进行离线分析计算，从而实现安全评估。该方法虽然不需要停机检测，但损伤后的纳米压痕硬度的采集和后续分析计算流程都十分复杂，无法满足实时要求。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种实时、全自动的用于压力容器的损伤实时感知和预警系统。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于压力容器的损伤实时感知和预警系统，包括信号发生单元、信号激发端、信号接收端、矩阵开关、信号显示单元和计算机，所述信号激发端和信号接收端对称布置于所述压力容器的两端部，所述信号发生单元通过矩阵开关与信号激发端连接，所述信号显示单元通过矩阵开关与信号接收端连接，所述计算机与信号显示单元连接，所述信号激发端和信号接收端均包括陶瓷压电片阵列；信号发生单元产生第一电信号，该第一电信号经矩阵开关后由信号激发端转换为压力信号，该压力信号经压力容器后由对应的信号接收端接收并转换后第二电信号，信号显示单元通过矩阵开关接收所述第二电信号，显示并传送至计算机，计算机根据所述第二电信号实现压力容器的状态监测。所述信号发生单元包括相连接的任意函数发生器和功率放大器，所述功率放大器与矩阵开关连接。所述陶瓷压电片阵列包括多个等距设置于压力容器表面的陶瓷压电片。所述陶瓷压电片阵列沿压力容器的周向布置。所述陶瓷压电片阵列覆盖所述压力容器整个圆弧长或半圆弧长。所述陶瓷压电片粘贴于压力容器表面。所述陶瓷压电片阵列通过正负极引线与矩阵开关连接，该正负极引线直径为0.2～1mm。所述正负极引线直径为0.5mm。所述信号显示单元包括示波器。所述计算机在接收到第二电信号通过概率成像算法、椭圆成像算法或时间反转算法对所述第二电信号进行处理，监测是否存在损伤，若是，则产生报警，并对损伤进行定位和成像，若否，则继续接收下一检测周期的信号。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)本专利技术采用陶瓷压电片阵列实现信号采集，由于导波具有传输距离远、灵敏度高等一系列优点，本专利技术基于导波的损伤实时感知和预警技术能够及时发现压力容器中的损伤，避免压力容器发生灾难性破坏。2)与常规检测手段比较，本专利技术系统能够实时的、全自动的采集压力容器中的导波信号，结合相应的控制软件、算法及大数据处理技术，实现对压力容器损伤的在线监测，成本低、距离远、灵敏度高，具有实时感知和预警功能。3)本专利技术解决了压力容器服役安全，能够及时有效地避免压力容器发生灾难性破坏。4)本专利技术陶瓷压电片的正负极引线直径设置为0.5mm，使得压电片与引线结合处的焊点尽可能小，提高可靠性。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的损伤监测效果图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例提供一种用于压力容器的损伤实时感知和预警系统，包括信号发生单元、信号激发端、信号接收端、矩阵开关3、信号显示单元和计算机7，信号激发端和信号接收端对称布置于压力容器2的两端部，信号发生单元通过矩阵开关3与信号激发端连接，信号显示单元通过矩阵开关3与信号接收端连接，计算机7与信号显示单元连接，信号激发端和信号接收端均包括陶瓷压电片阵列。信号发生单元包括相连接的任意函数发生器5和功率放大器6，功率放大器6与矩阵开关3连接。任意函数发生器5产生的信号为汉宁窗调制的3.5周期正弦信号或5周期正弦信号。信号显示单元包括示波器4。功率放大器6和示波器4也可为集成化的具有相同功能的模块。陶瓷压电片阵列包括多个等距设置于压力容器2表面的陶瓷压电片1。本实施例中，陶瓷压电片阵列沿压力容器的周向布置。陶瓷压电片数目不限，布置间距、尺寸及中心频率可调，陶瓷压电片可覆盖压力容器整个圆弧长或半圆弧长，信号激发—接收路径就能够覆盖整个压力容器，实现全压力容器的损伤感知。本实施例中，每个陶瓷压电片阵列包括8片陶瓷压电片。陶瓷压电片1与压力容器2的结合可以是粘贴式，亦可以是非粘贴式。陶瓷压电片阵列通过正负极引线连接至矩阵开关的开关板卡中，该正负极引线直径为0.2～1mm，本实施例优先为0.5mm陶瓷压电片与引线结合处的焊点尽可能小。本实施例采用的陶瓷压电片厚度为1mm，直径为10mm，中心频率为210KHz。矩阵开关3可根据需要设置通道数，本实施例中，矩阵开关3为2×64通道的开关，由软件控制，自动完成不同组对的信号采集，由两个信号输入、输出总线开关通道和64个信号开关通道组成，可实现2×64通道的信号互扫。上述用于压力容器的损伤实时感知和预警系统的工作原理为：任意函数发生器5产生电信号，经功率放大器6放大，本实施例中，放大倍数为20倍，形成第一电信号；该第一电信号经矩阵开关后由信号激发端转换为压力信号；该压力信号经压力容器后由对应的信号接收端接收并转换后第二电信号，示波器4通过矩阵开关3接收第二电信号，显示并传送至计算机7，计算机7根据第二电信号实现压力容器的状态监测。计算机7在接收到第二电信号通过概率成像算法、椭圆成像算法或时间反转算法对第二电信号进行处理，监测是否存在损伤，若是，则产生报警，并对损伤进行定位和成像，如图2所示，若否，则继续接收下一检测周期的信号。该系统基于导波传输原理，实时在线的自动激发和接收不同的陶瓷压电片组对，并对数据进行保存、处理和成像。系统利用多通道矩阵开关，可以实现多个压电片组对信号的全自动采集，结合控制软件，实现了压力容器健康状态的实时感知和预警。以上详细描述了本专利技术的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本专利技术的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本
中技术人员依本专利技术的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于压力容器的损伤实时感知和预警系统，其特征在于，包括信号发生单元、信号激发端、信号接收端、矩阵开关、信号显示单元和计算机，所述信号激发端和信号接收端对称布置于所述压力容器的两端部，所述信号发生单元通过矩阵开关与信号激发端连接，所述信号显示单元通过矩阵开关与信号接收端连接，所述计算机与信号显示单元连接，所述信号激发端和信号接收端均包括陶瓷压电片阵列；信号发生单元产生第一电信号，该第一电信号经矩阵开关后由信号激发端转换为压力信号，该压力信号经压力容器后由对应的信号接收端接收并转换后第二电信号，信号显示单元通过矩阵开关接收所述第二电信号，显示并传送至计算机，计算机根据所述第二电信号实现压力容器的状态监测。

【技术特征摘要】
1.一种用于压力容器的损伤实时感知和预警系统，其特征在于，包括信号发生单元、信号激发端、信号接收端、矩阵开关、信号显示单元和计算机，所述信号激发端和信号接收端对称布置于所述压力容器的两端部，所述信号发生单元通过矩阵开关与信号激发端连接，所述信号显示单元通过矩阵开关与信号接收端连接，所述计算机与信号显示单元连接，所述信号激发端和信号接收端均包括陶瓷压电片阵列；信号发生单元产生第一电信号，该第一电信号经矩阵开关后由信号激发端转换为压力信号，该压力信号经压力容器后由对应的信号接收端接收并转换后第二电信号，信号显示单元通过矩阵开关接收所述第二电信号，显示并传送至计算机，计算机根据所述第二电信号实现压力容器的状态监测。2.根据权利要求1所述的用于压力容器的损伤实时感知和预警系统，其特征在于，所述信号发生单元包括相连接的任意函数发生器和功率放大器，所述功率放大器与矩阵开关连接。3.根据权利要求1所述的用于压力容器的损伤实时感知和预警系统，其特征在于，所述陶瓷压电片阵列包括多个等距设置于压力容器表面的陶瓷压电片。4.根据权利要求1所述的用于压力容器...

【专利技术属性】
技术研发人员：轩福贞，杨斌，罗承强，杨康，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31