大型储罐底板腐蚀浸入式声学全域检测方法技术

本发明专利技术涉及的是大型储罐底板腐蚀浸入式声学全域检测方法，它包括：利用五个浸入式声发射传感器构成十字型检测阵列，然后将搭载十字型检测阵列的检测仪,通过罐顶人孔处投放到带有介质的储罐内部底板上；驱使检测仪到达起始检测单元处；打开声学检测系统并对该检测单元进行一段固定时间地声信号采集，在检测结束后关闭声学检测系统，并沿着规划路径到达下一个检测单元检测，直至到达终点检测单元并完成检测任务，从而实现大型储罐底板腐蚀的全域检测。本发明专利技术通过移动式五元十字基阵声学定位方法对储罐底板腐蚀进行分块式全域检测，有效地解决了大型储罐底板中心区域腐蚀声信号由于信号强度弱、传播距离远而无法触发传感器而导致检测盲区的问题。

Immersion acoustic whole area detection method for corrosion of large tank bottom

【技术实现步骤摘要】
大型储罐底板腐蚀浸入式声学全域检测方法
本专利技术涉及对在役大型储罐进行检测及声源定位的方法，具体涉及大型储罐底板腐蚀浸入式声学全域检测方法。
技术介绍
储罐是石油化工行业中油品存储的主要设备，为满足社会各行业对能源日益增加的需求，储罐的设计趋于大型化地方向发展。现有的储罐声发射检测技术虽能对储罐进行在线检测并实现对储罐的分级量化评价，但是该技术对罐底腐蚀区域定位方面存在不足，尤其是在大型储罐的检测中，底板中心区域腐蚀源产生的声发射信号受衰减等因素的影响，无法被布置在储罐外壁上的传感器接收到，从而形成了监测盲区。并且，检测盲区的范围随着储罐底板直径的增大而增大，从而导致现有的储罐声发射检测技术无法对大型储罐整个底板的腐蚀状况做出全覆盖检测和准确评价。因此，为了实现大型储罐底板腐蚀高精度的全域检测，提出了一种浸入式声学全域检测方法和一种移动式五元十字基阵定位方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供大型储罐底板腐蚀浸入式声学全域检测方法，这种大型储罐底板腐蚀浸入式声学全域检测方法用于解决现有储罐声发射检测技术对大型储罐底板腐蚀检测时存在检测盲区的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：这种大型储罐底板腐蚀浸入式声学全域检测方法包括如下步骤：第一步，利用五个浸入式声发射传感器构成十字型检测阵列，然后将搭载十字型检测阵列的检测仪,通过罐顶人孔处投放到带有介质的储罐内部底板上,检测仪为浸入式自动声学检测仪；第二步，检测仪到达罐底后通过其定位系统准确地掌握检测仪具体位置，然后使用远程控制系统依据定位结果控制检测仪的车轮转向舵机和驱动电机，驱使检测仪到达起始检测单元处；第三步，检测仪到达起始检测单元处后打开声学检测系统并对该检测单元进行一段固定时间地声信号采集，在检测结束后关闭声学检测系统，并沿着规划路径到达下一个检测单元重复以上检测流程，直至到达终点检测单元并完成检测任务，从而实现大型储罐底板腐蚀的全域检测；按照以上步骤对大型储罐底板进行检测时，采用移动式五元十字基阵声学定位方法对储罐底板腐蚀声源定位，包括如下步骤：步骤一，同源信号聚类：对检测仪在储罐底板上各个检测单元处所采集到的众多声信号进行聚类分析，从而实现多目标声发射事件的信号辨识，区分出来自不同腐蚀声源的声发射信号；步骤二，声源定位方法：选取合适的声源定位方法，并基于该定位方法对各个检测单元中来自同一声源的声发射信号进行定位计算，从而得出各个检测单元中的声源定位信息；算法模型：由五个浸入式声学传感器构成平面五元十字检测阵列，其中，S为声源信号，N1，N2，N3，N4，N5分别为五个浸入式声学传感器，其中传感器N1放置在原点作为基准传感器，传感器N2，N3，N4，N5按照逆时针方向依次分布在XOY平面的坐标轴上，传感器N2，N3，N4，N5距离基准阵元N1的距离为D/2；其声源定位公式如下：在上式中，r1为声源S到基准传感器N1的距离，单位m；τi1为第i个传感器Ni与基准传感器N1的时延差，单位s，i＝2,3,4,5；c为介质中的声速，单位m/s；为声源的方位角；步骤三，腐蚀严重度评价：对储罐底板的各个检测单元中的腐蚀声源的强度和分布进行分析，并对各个检测单元做出严重度评价，给被检储罐提供维修指导意见；检测结束后，将在每一个检测单元检测到的腐蚀声信号进行定位分析并做严重度评价，并将每个区域的腐蚀严重度示意图拼凑在一起，组成储罐底板的整体腐蚀情况示意图。上述方案步骤一中，为实现多目标声发射事件的信号辨识，区分出不同声发射源的信号，可以依据某种属性把一类事物和其他类型的事物区分。而聚类的原理是把数据集合中相似的对象分成不同的组别或者更多的子集，这样让在同一个子集中的成员对象都有相似的一些属性。各传感器接收到的同一声发射源信号应该具有比较高的相似性。根据这一特点，本专利技术利用聚类分析方法实现多声源信号的辨识。上述方案中浸入式自动声学检测仪包括机体、行走机构、远程控制系统、定位系统、浸入式声学传感器、回收装置，行走机构包括驱动轮、万向轮、驱动机构，万向轮安装在机体的前端，驱动轮安装在机体两侧并采用差速转向，每个驱动轮的外侧设置回收装置，回收装置包括定时引发机构、液态CO2气瓶、气囊、气囊槽、密封盒，气囊为带有气芯的充气囊，气囊通过弹性环套与可闭锁固定钩环安置于气囊槽内，气囊槽环绕在密封盒外，定时引发机构与液态CO2气瓶置于密封盒内，定时引发机构包括定时器、电池、引发电机、齿条针，定时器连接引发电机，引发电机的输出轴带有齿轮，齿轮连接齿条针，齿条针带有密封片，气囊的进气管连接三通，液态CO2气瓶的出口设置密封口，密封口伸入到三通的一个口内，齿条针从三通的另一个口伸入到三通中，齿条针指向密封口；浸入式声学传感器安装在机体的底盘上，且浸入式声学传感器信号接收面与底盘平行；远程控制系统分别连接驱动电机和浸入式声学传感器。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术建立了一种基于相关性分析的同源信号聚类方法，该方法可以实现储罐底板腐蚀多声源信号的辨识，即判断哪些信号来自于同一声源，为储罐底板腐蚀声源的精确定位提供数据依据。2、本专利技术提出了一种大型储罐底板腐蚀移动式五元十字基阵声学定位方法，为验证大型储罐底板腐蚀浸入式声学全域检测方法的可行性提供了理论支撑，并为大型储罐底板腐蚀的全域检测提供了新的研究方向。3、本专利技术在大型储罐的检测精度方面，由于大型储罐底板腐蚀移动式五元十字基阵声学定位方法对储罐底板腐蚀进行分块式全域检测，并且提高了检测的灵敏度及监测的可靠性和有效地解决了大型储罐底板中心区域腐蚀声信号由于信号强度弱、传播距离远而无法触发传感器而导致检测盲区的问题。4、本专利技术中检测仪通过定位系统，使得操作人员能够实时地、准确地掌握检测仪的具体位置，并在远程控制系统的配合下能够使得该检测仪能够精确地按照规划检测路径行走、检测和行走至回收地点，从而提高了罐底板全域检测的准确度和减少了人工操作实现了自动化。附图说明图1是本专利技术中检测仪的总体结构示意图；图2是本专利技术中检测仪底板的结构示意图；图3是本专利技术中检测仪机体内部的结构示意图；图4是本专利技术中检测仪驱动后轮内侧的结构示意图；图5是本专利技术中检测仪驱动后轮外侧的结构示意图；图6是本专利技术中的检测路径；图7是本专利技术中的五元十字阵列声源定位模型；图8是本专利技术中的储罐底板严重度评价示意图；图9是本专利技术中相邻检测单元的重叠区域。图中：1-外壳，2-驱动轮，3-回收装置，4-底盘，5-万向轮，6浸入式声学传感器，7-驱动轴，8-远程控制系统，10-信号线，11-锂电池，13-驱动电机，14-防滑带，15-弹簧，16-弹簧套筒，17三通，18-气囊，19-弹性环套与可闭锁固定钩，20-气囊槽，21-定时引发机构，22-密封盒。下面结合附图对本专利技术作进一步的说明：这种大型储罐底板腐蚀浸入式声学全域检测方法包括如下步骤：第一步，利用五个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大型储罐底板腐蚀浸入式声学全域检测方法，其特征在于包括如下步骤：/n第一步，利用五个浸入式声发射传感器构成十字型检测阵列，然后将搭载十字型检测阵列的检测仪,通过罐顶人孔处投放到带有介质的储罐内部底板上,检测仪为浸入式自动声学检测仪；/n第二步，检测仪到达罐底后通过其定位系统准确地掌握检测仪具体位置，然后使用远程控制系统依据定位结果控制检测仪的车轮转向舵机和驱动电机，驱使检测仪到达起始检测单元处；/n第三步，检测仪到达起始检测单元处后打开声学检测系统并对该检测单元进行一段固定时间地声信号采集，在检测时间结束后关闭声学检测系统，并沿着规划路径到达下一个检测单元重复以上检测流程，直至到达终点检测单元并完成检测任务，从而实现大型储罐底板腐蚀的全域检测；/n按照以上步骤对大型储罐底板进行检测时，采用移动式五元十字基阵声学定位方法对储罐底板腐蚀声源定位，包括如下步骤：/n步骤一，同源信号聚类：对检测仪在储罐底板上各个检测单元处所采集到的众多声信号进行聚类分析，从而实现多目标声发射事件的信号辨识，区分出来自不同腐蚀声源的声发射信号；/n步骤二，声源定位方法：选取合适的声源定位方法，并基于该定位方法对各个检测单元中来自同一声源的声发射信号进行定位计算，从而得出各个检测单元中的声源定位信息；/n算法模型：由五个浸入式声学传感器构成平面五元十字检测阵列，其中，S为声源信号，N1，N2，N3，N4，N5分别为五个浸入式声学传感器，其中传感器N1放置在原点作为基准传感器，传感器N2，N3，N4，N5按照逆时针方向依次分布在XOY平面的坐标轴上，传感器N2，N3，N4，N5距离基准阵元N1的距离为D/2；其声源定位公式如下：/n...

【技术特征摘要】
1.一种大型储罐底板腐蚀浸入式声学全域检测方法，其特征在于包括如下步骤：
第一步，利用五个浸入式声发射传感器构成十字型检测阵列，然后将搭载十字型检测阵列的检测仪,通过罐顶人孔处投放到带有介质的储罐内部底板上,检测仪为浸入式自动声学检测仪；
第二步，检测仪到达罐底后通过其定位系统准确地掌握检测仪具体位置，然后使用远程控制系统依据定位结果控制检测仪的车轮转向舵机和驱动电机，驱使检测仪到达起始检测单元处；
第三步，检测仪到达起始检测单元处后打开声学检测系统并对该检测单元进行一段固定时间地声信号采集，在检测时间结束后关闭声学检测系统，并沿着规划路径到达下一个检测单元重复以上检测流程，直至到达终点检测单元并完成检测任务，从而实现大型储罐底板腐蚀的全域检测；
按照以上步骤对大型储罐底板进行检测时，采用移动式五元十字基阵声学定位方法对储罐底板腐蚀声源定位，包括如下步骤：
步骤一，同源信号聚类：对检测仪在储罐底板上各个检测单元处所采集到的众多声信号进行聚类分析，从而实现多目标声发射事件的信号辨识，区分出来自不同腐蚀声源的声发射信号；
步骤二，声源定位方法：选取合适的声源定位方法，并基于该定位方法对各个检测单元中来自同一声源的声发射信号进行定位计算，从而得出各个检测单元中的声源定位信息；
算法模型：由五个浸入式声学传感器构成平面五元十字检测阵列，其中，S为声源信号，N1，N2，N3，N4，N5分别为五个浸入式声学传感器，其中传感器N1放置在原点作为基准传感器，传感器N2，N3，N4，N5按照逆时针方向依次分布在XOY平面的坐标轴上，传感器N2，N3，N4，N5距离基准阵元N1的距离为D/2；其声源定位公式如下：



在上式中，r1为声源S到基准传感器N1的距离，单位m；τi1为第i个传感器Ni与基准传感器N1的时延差，单位s，i＝2,3,4,5；c为介质中的声速，单位m/s；为声源的方位角；
步骤三，腐蚀严重度评价：对储罐底板的各个检测单元中的腐蚀声源的强度和分布进行分析，并对各个检...

【专利技术属性】
技术研发人员：张颖，丛蕊，王新颖，王雪琴，张潇，黄建辉，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32