基于聲?超聲的聚丙烯生產管道粉末粘附狀態(tài)的檢測方法與流程

文檔序號：12657417閱讀：344來源：國知局

本發(fā)明涉及一種粉末粘附狀態(tài)的檢測方法，特別涉及聚丙烯生產管道中的粉末粘附狀態(tài)的無損定量評價方法。

背景技術：

聚丙烯因具有密度小、成型加工性能好、耐熱性好、無毒無味等優(yōu)點而被廣泛應用，但在其生產過程中，細小粉末易粘附在管道內壁形成粘附層或結塊，極大影響粉末運輸效率，且容易造成管道堵塞、粉末爆炸等運行安全問題，因此對聚丙烯粉末生產輸送管道中的粉末粘附狀態(tài)進行檢測十分重要。

超聲波檢測是無損檢測中的一種重要手段，已廣泛應用于各領域工業(yè)產品檢測，它能在不破壞工件結構及性能的前提下實現(xiàn)缺陷檢測。其中，超聲脈沖反射回波法在管壁沉積、堵塞檢測中得到廣泛應用，申請公布號US6470749，公布日為2002年10月29日的專利文獻公開了一種管壁沉積物檢測方法，通過超聲脈沖回波法，基于回波信號的多普勒頻移可確定沉積物外表面與管道內壁的距離，實現(xiàn)沉積物的有效測量，但該方法的檢測效果易受管道結構及反射介質等的影響，檢測效率及實時性較差，難以檢測長距離管道。

為提高檢測穩(wěn)定性和效率，申請公布號US7607825，公布日為2009年10月27日的專利文獻公開了一種鍋爐沉積物檢測方法，通過紅外熱成像檢測方法，基于爐壁內表面的溫度變化趨勢可確定內壁沉積物的坐標，根據(jù)溫度比較還可確定沉積物的厚度，但仍需改善對溫差不大時的細節(jié)分辨能力，且儀器成本較高。申請公布號EP057796，公布日為2014年10月23日的專利文獻公開了一種液體承載系統(tǒng)內部沉積物檢測裝置，通過脈沖回波法和雙重裝置檢測，該裝置可實現(xiàn)系統(tǒng)內部沉積物的高精度檢測，但該系統(tǒng)需在承載系統(tǒng)內部布置多個傳感器，檢測成本高。2002年，Sokolkin等在論文《Use of Acoustic Emission in Testing Bottoms of Welded Vertical Tanks for Oil and Oil Derivatives》中提到，基于物理聲學有限公司的聲發(fā)射測試報告以及OAO SN-MNG的現(xiàn)場實驗，開發(fā)了一種用于油罐沉積物的聲發(fā)射檢測技術，該技術可用于實現(xiàn)油罐底部條件的快速評估，但當前仍缺乏一種權威的方法來描述和解釋其測試結果。

聲-超聲技術兼具普通超聲檢測及聲發(fā)射檢測技術優(yōu)點，是一項可通過自主激勵使構件表面及內部產生應力波，并實現(xiàn)構件整體性能評價的無損檢測技術。與其他方法相比，聲-超聲檢測對被測對象結構等因素不敏感，無需加載工件，檢測效率高，且能夠通過應力波因子等實現(xiàn)構件性能變化的定量評價。

本發(fā)明提出了一種基于聲-超聲的聚丙烯生產管道粉末粘附狀態(tài)的檢測方法，通過應力波因子模型實現(xiàn)了粉末粘附狀態(tài)的量化評估，并實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場中聚丙烯生產管道粉末粘附狀態(tài)的在線監(jiān)測。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提出一種可用于量化評估聚丙烯生產管道粉末粘附狀態(tài)的檢測方法。

本發(fā)明的技術方案是，一種基于聲-超聲的聚丙烯生產管道粉末粘附狀態(tài)的檢測方法，利用聲-超聲信號無損探測聚丙烯生產管道內部粉末粘附狀態(tài)，最終實現(xiàn)粉末粘附狀態(tài)的量化評估，特征在于：1.設計了聲-超聲檢測系統(tǒng)，無需考慮管道結構影響，實現(xiàn)長距離聚丙烯生產管道的粉末粘附狀態(tài)的評估，提高檢測效率。2.搭建聲-超聲檢測系統(tǒng)，采用一發(fā)射兩接收的傳感器布置方式，對結果進行實時對比驗證并減少振動噪聲對結果的影響，從而提升檢測精度。3.構建應力波因子模型，分析并獲取粉末粘附等級與應力波因子評價模型的關系，從而實現(xiàn)了粉末粘附狀態(tài)的在線量化評估。所述檢測方法具體包括以下步驟：

步驟一：搭建聚丙烯生產管道粉末粘附狀態(tài)的聲-超聲檢測系統(tǒng)。聚丙烯生產管道粉末粘附狀態(tài)聲-超聲檢測系統(tǒng)由工控機、任意信號發(fā)生器、發(fā)射換能器、接收換能器1、接收換能器2、前置放大器1、前置放大器2和信號采集卡組成，接收換能器1和接收換能器2與發(fā)射換能器的距離相等，接收換能器1位于待測粉末粘附狀態(tài)的管道一側，用于接收檢測信號；接收換能器2位于確知無粉末粘附的管道一側，用于接收參考信號。檢測時，工控機與任意信號發(fā)生器相連接，通過程序控制任意信號發(fā)生器激勵發(fā)射換能器產生加漢寧窗多周期正弦信號；接收換能器通過前置放大器與信號采集卡相連接，將采集的檢測信號和參考信號以相同增益放大后存儲到工控機中。

步驟二：激勵和接收聲-超聲信號。采用一發(fā)射兩接收方式，利用任意信號發(fā)生器激勵位于管道中間位置的發(fā)射換能器產生加漢寧窗多周期正弦信號，在待測粉末粘附狀態(tài)一側設置的接收換能器1接收的聲-超聲信號作為檢測信號，在確知無粉末粘附一側設置的接收換能器2接收的聲-超聲信號作為參考信號，對檢測結果進行實時對比驗證。

步驟三：構建聚丙烯生產管道粉末粘附狀態(tài)的應力波因子評價模型，利用檢測信號和參考信號的幅值、能量及功率譜密度等特征因子的相對衰減率進行加權相加，建立應力波因子評價模型SWF＝g₁*S_V+g₂*S_P+g₃*S_E+g₄*S_F，其中S_V為峰值電壓相對衰減率，S_P為峰峰值電壓相對衰減率，S_E為能量值相對衰減率，S_F為功率譜密度相對衰減率，g₁、g₂、g₃和g₄為權重系數(shù)，信號采樣次數(shù)為N，將每次采樣獲得的SWF進行均值處理，獲得平均應力波因子

步驟四：確立不同粉末粘附等級下的取值范圍，根據(jù)粉末粘附嚴重程度將已知管道粉末粘附狀態(tài)劃分等級，并根據(jù)已知管道粉末粘附狀態(tài)的檢測信號和參考信號，獲得不同粉末粘附等級下的閾值T(n)。

步驟五：實現(xiàn)聚丙烯生產管道粉末粘附狀態(tài)的在線監(jiān)測及報警，根據(jù)聚丙烯管道材料參數(shù)、聲-超聲信號在管道中的傳播特性和實際檢測結果確定不影響管道正常運行的最大粉末粘附等級n級為報警等級，當監(jiān)測到時，即發(fā)出報警信號，提示粉末粘附狀態(tài)已達到n級。

所述一種基于聲-超聲的聚丙烯生產管道粉末粘附狀態(tài)的檢測方法，所述步驟三中建立應力波因子評價模型的過程為：根據(jù)所述步驟一及步驟二獲取管道粉末粘附狀態(tài)檢測的檢測信號和參考信號，計算獲得檢測信號和參考信號的電壓幅值V和V₀、峰值電壓V_max和V_max0、峰谷電壓V_min和V_min0，并通過傅里葉變換獲得檢測信號和參考信號的頻譜幅值A和A₀，然后計算信號的峰值電壓、峰峰值電壓、能量及功率譜密度對應相對衰減率分別為和加入權重系數(shù)g₁、g₂、g₃和g₄，權重系數(shù)根據(jù)S_V、S_P、S_E、S_F與粉末粘附等級之間的相關性來確定，建立應力波因子評價模型SWF＝g₁*S_V+g₂*S_P+g₃*S_E+g₄*S_F。

所述一種基于聲-超聲的聚丙烯生產管道粉末粘附狀態(tài)的檢測方法，所述步驟四中獲取不同粉末粘附等級下的閾值T(n)的過程為：將已知管道粉末粘附狀態(tài)的嚴重程度量化為1—k個等級，并根據(jù)所述權利要求1的步驟一及步驟二獲取1—k個等級管道粉末粘附狀態(tài)時的檢測信號和參考信號，然后計算得出以此獲得與不同粉末粘附等級之間的關系，從而確定各等級時的閾值T(n)，即當時，粉末粘附狀態(tài)為n-1級。

本發(fā)明的技術效果在于，通過搭建聚丙烯生產管道粉末粘附狀態(tài)的聲-超聲檢測系統(tǒng)，采用一發(fā)射兩接收的對比形式，保證不同工況下檢測結果的可靠性，提高檢測效率；通過聲-超聲技術，采用應力波因子評價模型，分析并獲取粉末粘附等級與應力波因子評價模型的關系，實現(xiàn)了粉末粘附狀態(tài)的在線量化評估及危險報警，從而提高了管道檢測效率，減少對管道正常運輸?shù)挠绊憽?/p>

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

附圖說明

附圖1基于聲-超聲的聚丙烯生產管道粉末粘附狀態(tài)檢測系統(tǒng)；

附圖2構建應力波因子評價模型流程圖；

具體實施方式

本發(fā)明具體實施方式以長2500mm、直徑130mm、厚度5mm的316L不銹鋼管的粉末粘附狀態(tài)檢測為例，其步驟包括：

步驟一、搭建聚丙烯生產管道粉末粘附的聲-超聲檢測系統(tǒng)。如圖1所示，所述檢測系統(tǒng)包括工控機(1)、任意信號發(fā)生器(2)、發(fā)射換能器(3)、接收換能器1(4)、接收換能器2(5)、前置放大器1(6)、前置放大器2(7)和信號采集卡(8)。任意信號發(fā)生器型號為Tektronix AFG2021；發(fā)射換能器型號為AE1045S-0881，頻帶為100-900kHz，諧振頻率為375kHz；接收換能器型號為AE144S-1357，頻帶為50-200kHz，諧振頻率為150kHz，兩個接收換能器與發(fā)射換能器的距離均為1000mm；采用美國PAC公司的PCI-II信號采集卡進行信號采集，采樣頻率為5MHz；前置放大器的增益設置為60dB，閾值為45dB。

步驟二、激勵和接收聲-超聲信號。采用一發(fā)射兩接收方式，利用任意信號發(fā)生器激勵位于管道中間位置的發(fā)射換能器產生加漢寧窗75個周期的正弦信號，在待測粉末粘附狀態(tài)一側的接收換能器1接收的聲-超聲信號作為檢測信號，在確知無粉末粘附一側的接收換能器2接收的聲-超聲信號作為參考信號。

步驟三、構建聚丙烯生產管道粘附狀態(tài)的應力波因子評價模型。如圖2所示，具體包括以下步驟：

步驟1、根據(jù)步驟二獲取管道粉末粘附狀態(tài)檢測的檢測信號和參考信號，計算獲得檢測信號和參考信號的電壓幅值V和V₀、峰值電壓V_max和V_max0、峰谷電壓V_min和V_min0，并通過傅里葉變換獲得檢測信號和參考信號的頻譜幅值A和A₀。

步驟2、根據(jù)步驟1所得計算信號的峰值電壓、峰峰值電壓、能量及功率譜密度對應相對衰減率分別為和

步驟3、根據(jù)已知的不同粉末粘附等級與對應的S_V、S_P、S_E、S_F值，獲得S_V、S_P、S_E、S_F與粉末粘附等級之間的變化關系，計算S_V、S_P、S_E、S_F的線性相關系數(shù)分別為0.931、0.924、0.989、0.961，經歸一化處理后，設置4個特征因子的權重系數(shù)g₁、g₂、g₃、g₄分別為0.245、0.243、0.26和0.252，建立加權處理后的應力波因子評價模型SWF＝0.245*S_V+0.243*S_P+0.26*S_E+0.252*S_F。