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声成像相机泄漏率定量方法

泄漏检测

许多应用程序需要泄漏检测。其中比较著名的包括在许多应用中使用的压缩空气系统,通常用于制造工厂。

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爱游戏平台是正规的吗Fluke ii900工业声学成像仪而且爱游戏平台是正规的吗Fluke ii910精密声学成像仪使用64个以特定阵列模式排列的麦克风。它在阵列中间有一个可见的摄像头,提供现场的图像。该设备使用复杂的算法来生成声源的声音地图或图像,然后将生成的声音地图覆盖到图像上。根据ii900/ii910视场中声源的位置,每个麦克风接收声音的时间略有不同。麦克风之间的时间差可以确定声源的位置。如果声音来自设备的右侧,则阵列右侧的麦克风将比左侧的麦克风早接收到几分之一秒的声音。Fluk爱游戏平台是正规的吗e ii900和ii910声学成像相机将在屏幕右侧显示该声音的图像。

Fluke ii900爱游戏平台是正规的吗和ii910声学成像摄像机如何检测泄漏?

当加压系统发生泄漏时,逸出的气体(空气)分子会引起湍流,从而引起压力和流速的快速变化。这些变化可以以声波的形式传播。Fluk爱游戏平台是正规的吗e ii900和ii910声波成像相机可以探测这些声波的位置和强度。

压缩空气泄漏到周围的大气中,会在可听频率和超声波频率范围内产生宽频噪音[Eret黑白花牛].在工业压缩空气系统中,窄带(以40 kHz为中心)超声波传感器是一种广泛使用的泄漏定位工具。然而,使用窄带超声波传感器会带来一些限制。

压缩空气泄漏测量结果
图1:压缩空气从开孔(1/4英寸)泄漏。使用Fluke ii910精密声学成像仪在距离泄漏源1米的地方进行测量,测量角度为30度。爱游戏平台是正规的吗蓝色线显示平滑的频谱,红色虚线表示大约40 kHz的频率区域。

泄漏与测量装置之间的距离和测量角度是影响超声波传感器有效性的重要因素:首先,高频声音因大气吸收而迅速衰减[Wolstencroft].第二,压缩空气泄漏所产生的声压级随测量角度[Wolstencroft].此外,已知噪声环境会降低窄带超声波传感器的性能[Eret].利用在声音和超声波频率范围内工作的宽带传感器,用户可以弥补上述限制。频率范围的灵活性增加了泄漏检测系统的鲁棒性。例如,在图1中可以看到,在系统压力为6bar的情况下,压缩空气从开孔漏出,产生宽带噪声。从图1可以看出,实测声压级最大的频率区域位于可听范围内。相比之下,在35 - 45khz频率范围内测量的声压级(图1中的红色虚线)明显低于频谱的其他部分。

目前研究压缩空气泄漏声音频率特性的研究数量有限。在研究Holstein et al. (2016),给出了系统增加流量时压缩空气泄漏测量的频谱(见图2)黑白花牛).泄漏源是一个开放的圆形孔,测量是在距离泄漏源20厘米处进行的。频谱显示,流量越大,50 kHz以上的能量增加。对于实验中测量的最大流量,频谱显示在80 kHz左右的峰值。

影响检漏的因素

影响泄漏检测的因素将在本节中单独讨论。应当指出,本节所解释的因素是相互作用的,应被视为广泛复杂现象的单个组成部分。

泄漏源因素

  1. 系统压力:一般情况下,系统压力越大,泄漏越大,导致声强越高,检测更容易。
  2. 流量:与压力一样,系统的流量越高,泄漏就越大,导致在泄漏位置测量到的声强也就越大。较高的声强使声学检测更容易。
  3. 孔口尺寸和形状:孔口的大小和形状需要一起考虑。当我们考虑到各种潜在的空气泄漏时,很快就很难提供关于形状和尺寸对泄漏检测的影响的指导方针。这个列表显示了一些潜在的泄漏源。表中每个项目的孔的大小和形状都不同。空气软管和空气软管连接或接头:
    • 磨损断开或断开丢失的o形环
    • 过滤器、润滑器和调节器,如果安装不当
    • 打开排料
    • 打开冷凝水疏水阀
    • 排水管道漏水或损坏
    • 不合格或质量低劣的螺纹密封剂或不正确地使用螺纹密封剂
    • 控制阀和截止阀
    • 磨损的密封件或垫圈
      • 陈旧或保养不良的气动工具
      • 有空气输入的闲置或未使用的机器或生产设备

流体性质

流体的性质会影响从泄漏处逸出时所产生的声音。

  1. 密度:表1为0°C和一个大气压下气体的密度,单位为Kg/m3。气体密度对泄漏声强有影响。例如,氦气的低密度意味着,与压缩空气相比,假设相同的流量和压力,在泄漏位置测量到的声压级会更低。现场经验证实,探测氦泄漏是具有挑战性的。
气体的密度值列表
表1:气体密度值表。气体的密度,po,在0°C 1ATM(摘自《化学与物理手册》,48版)。
  1. 粘度:气体的粘度影响泄漏位置的声压级。然而,它的影响将小于密度。
  2. 环境温度:必须同时考虑泄漏源和泄漏路径的环境温度。对于泄漏源,环境温度会影响其密度和粘度。这两个因素都会改变泄漏位置的声压级。随着环境温度的升高,分子动能增加,导致泄漏处的声强增加。
  3. 环境压力:环境压力将直接影响气体的密度。环境压力的降低将导致密度降低,从而降低泄漏处的声音强度。
路径因子和大气效应。
图2:声源与自由场测量位置之间的距离加倍,声强降低5 dB
  1. 泄漏点到相机的距离:测量距离影响测量的声压级。当声音从声源向各个方向传播时,其强度随着距离的增加而减小。
  2. 环境温度:环境温度的变化会改变气体的密度和粘度。这两者反过来又会影响声音在介质中传播的速度。随着温度的升高,声音传播得更快。环境温度的变化是影响大气声能吸收量的机制之一。对于低频和短距离,温度对空气吸收的影响可以忽略不计[哈里斯].然而,对于非常高的频率和较长的距离,声压级可显著降低[维拉迪šauskas].
  3. 湿度:由于空气吸收而影响声压级的第二个机制是湿度。由于环境温度的影响,在正常情况下,湿度对声压级的影响可以忽略不计[哈里斯].在频率非常高和湿度很高的情况下,影响是明显的[维拉迪šauskas].
  4. 环境压力:在理想气体近似中,环境压力不影响声压级,因为空气密度和气体压力对声速的影响相似但相反。这两个分量抵消了。因此,泄漏位置的声压级与测量位置的声压级之间不会因环境压力而产生差异。

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Fluk爱游戏平台是正规的吗e ii900和ii910声波成像相机可以根据声波输入显示泄漏类型,并估计泄漏流量。设计并进行了一组实验室实验,开发了泄漏类型分类和流量预测算法。

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Fluk爱游戏平台是正规的吗e ii900和ii910声学成像相机根据发生位置对捕获的声泄漏数据进行分类:软管、开口、快速连接和螺纹连接。在压缩空气管道系统的末端安装了四种泄漏类型,并在半消声室中进行了声学测量。图3和图4给出了实验设置的两个例子。形成实验四种泄漏条件的配件如图5所示。

软管泄漏测量
图3:软管泄漏类型测量在30度角。
开口泄漏测量
图4:90度角开口泄漏测量的实验设置。
不同类型的压缩空气泄漏
图5:实验中研究的四种泄漏类型:软管(a)、开口(b)、快速连接(c)和螺纹连接(d)。
  1. 软管:软管是一种灵活的管,允许容易的管。然而,相对于金属和黄铜管,它是一种更敏感的材料。因此,连接空气压缩机和气动设备的软管很容易形成特定的切口和孔。采用狭缝软管切割泄漏采集软管泄漏的声学数据进行分类和流量预测(图3和图5a)。
  2. 开放式:开端管或开孔是科学研究中最常见的泄漏类型(参考文献)。当压缩空气系统的油管/管道部分处于打开状态时,就会发生这种情况。ii900在整个研制阶段均采用开口管进行分级和流量预测实验(图4和图5b)。
  3. 快速连接:快速连接接头,也称为快速断开或快速释放接头,可实现简单快速的连接。这种快速连接的配件依靠的是向一个方向滑动的倾斜,并能抵抗向相反方向的拉力。通常情况下,这些内倾斜的一个或多个损坏,压缩空气通过快速连接接头泄漏。空气在管件周围分散,压缩空气泄漏的方向随变形的不同而不同。在Fluke ii900和ii910声学成像仪的分类和流量预测算法的开发过程中,使用了变形快速连接接头进行声学测量(图5c)。爱游戏平台是正规的吗
  4. 螺纹连接:对于压缩空气系统的端点,通常使用螺纹端盖。螺纹端盖必须小心放置,并根据必须滑入端管的螺纹数正确调整。有时工程师会松开这些末端部分。此外,螺纹端盖可能在多次使用中变形。在这种情况下,压缩空气通过端盖泄漏,不利于系统的效率。在实验中使用一个位置松散的螺纹端盖作为泄漏源(图5d)。

泄漏率量化指标

Fluk爱游戏平台是正规的吗e ii900和ii910声波成像摄像机可以根据捕获的声波数据估算泄漏位置的流量。流速算法是根据在半消声室进行的实验室测量结果设计的。由于每种泄漏类型的声学特性不同,每种泄漏类型都有一种流量预测算法。因此,流量估计算法在分类阶段之后进行。

然后将预测的泄漏类型流量转换为泄漏率量化指标(LRQ)。LRQ取值范围为0 ~ 10。LRQ值越高,泄漏位置的流量越大,可以考虑修复建议。

结论

Fluk爱游戏平台是正规的吗e ii900和ii910声学成像摄像机提供了一个有效的频率范围和用户友好的手持设备解决方案,试图弥补泄漏检测的困难和量化。LRQ特性对于保持压缩空气系统的效率至关重要,报告功能提高了维护工程师之间的沟通速度。

参考文献

EretEret, P., & Meskell, C.(2012)。麦克风阵列作为工业压缩空气系统的泄漏检测工具。声学与振动进展,2012。

哈里斯哈里斯,c.m.(1966)。空气中声音的吸收与湿度和温度的关系。美国声学学会学报,40(1),148-159。

黑白花牛荷斯坦,P., Barth, M., & Probst, C.(2016)。泄漏检测和密封性试验的声学方法。第19届世界无损检测大会论文集(第13-17页)。

维拉迪šauskas弗拉迪索斯卡斯,A., &杰克维尤斯,L.(2004)。超声波在空气中的吸收。中国农业科学,30(1),46-49。

Wolstencroft[Wolstencroft, H. & Neale, J.(2008)。用机载超声波测定压缩空气泄漏。声学学报(AAS ' 08)。