風機葉片檢測+監(jiān)測技術

1、1 主要內(nèi)容 聲發(fā)射技術原理及優(yōu)點聲發(fā)射技術原理及優(yōu)點 基于小波分析的定位方法與實現(xiàn)基于小波分析的定位方法與實現(xiàn) 神經(jīng)網(wǎng)絡在聲發(fā)射技術中的應用神經(jīng)網(wǎng)絡在聲發(fā)射技術中的應用 1 2 3 4 5 聲發(fā)射源定位方法研究聲發(fā)射源定位方法研究 聲發(fā)射信號處理分析技術 2 基于聲發(fā)射的發(fā)電機葉片健康監(jiān)測 聲發(fā)射技術原理： 來自于材料或構件在應力超過屈服極限進入不可逆塑性 變 形階段而產(chǎn)生的彈性應力波在構件介質中傳播和擴散的現(xiàn) 象稱為聲發(fā)射(acoustic emission，AE)。 聲發(fā)射： 1.1.聲發(fā)射檢測技術信號來源于檢測對象本身，適于作為動態(tài)評估方法對檢測對聲發(fā)射檢測技術信號來源于檢測對象本身，

2、適于作為動態(tài)評估方法對檢測對 象進行動態(tài)評估和實時診斷，聲發(fā)射檢測方法對檢測對象的適用性較好。象進行動態(tài)評估和實時診斷，聲發(fā)射檢測方法對檢測對象的適用性較好。 2.2.它對被檢對象的接近程度要求不高，同時對檢測對象的幾何形狀不敏感。它對被檢對象的接近程度要求不高，同時對檢測對象的幾何形狀不敏感。 3.3.檢測的覆蓋面廣，在一次完整的試驗中，只要布置足夠數(shù)量的傳感器，聲發(fā)檢測的覆蓋面廣，在一次完整的試驗中，只要布置足夠數(shù)量的傳感器，聲發(fā) 射檢驗就能夠整體探測和評價整個結構中活性缺陷的狀態(tài)。射檢驗就能夠整體探測和評價整個結構中活性缺陷的狀態(tài)。 聲發(fā)射技術的優(yōu)點： 3 基于聲發(fā)射的發(fā)電機葉片健康監(jiān)測

3、 Kaiser 效應： 同一試件在同一條件下產(chǎn)生的聲發(fā)射只有一次。在第一次加載荷時葉片 結構會以聲發(fā)射的形式釋放能量, 但恢復后重新加載時, 當載荷量沒有 超過前一次載荷量時不產(chǎn)生聲發(fā)射。 Felicity效應： 在葉片結構發(fā)生了損傷時, 即恢復后載荷量小于前一次最大載荷量, 葉片 結構仍會有聲發(fā)射產(chǎn)生。 4 基于聲發(fā)射的發(fā)電機葉片健康監(jiān)測 葉片聲發(fā)射檢測系統(tǒng) 聲發(fā)射技術是采集材料內(nèi)部發(fā)出的應力波進行結構內(nèi)部損傷程 度診斷的無損檢測方法。聲發(fā)射檢測的過程可以概括為：生源產(chǎn)生 的彈性波在介質中傳播，到達材料表面后引起表面振動，安裝在材 料表面的振動信號經(jīng)過傳感器接收轉換為電信號，后經(jīng)前置信號放

4、大器放大、再由聲發(fā)射采集卡接收轉換為數(shù)字信號送入計算機進行 信號存儲于處理，經(jīng)過對數(shù)據(jù)的分析判斷聲發(fā)射源的位置和特性。 5 基于聲發(fā)射的發(fā)電機葉片健康監(jiān)測 聲發(fā)射源定位： 目前在聲發(fā)射源定位方面的研究還不是特別深入，一般采用時差定位 和區(qū)域定位兩種方法。 時差定位法是根據(jù)一定的幾何關系，將多個完全相同的聲 發(fā)射傳感器精確地放置在測量點上，檢測由同一聲源產(chǎn)生 的聲發(fā)射波到達各傳感器的相對時差，從而得到聲源位置 坐標的方法，該方法測定的聲源位置為一確定點。 時差定位法：時差定位法： 區(qū)域定位法：區(qū)域定位法：區(qū)域定位法則是利用聲發(fā)射信號的強度隨傳感器的放置 位置距聲發(fā)射源距離的增加而衰減的現(xiàn)象，通過

5、分析放 置在若干區(qū)域的聲發(fā)射傳感器接收到的聲發(fā)射信號的強 度，粗略確定聲發(fā)射源所在區(qū)域的方法，該方法測定的 聲源位置僅表示一定區(qū)域，具有不確定性。 國外聲發(fā)射源定位的研究： 國內(nèi)外對于復雜結構體的聲源定位，主要有基于時延 估計和基于空間譜估計的兩種定位算法。 OMOLOGO 等提出了一種互功率譜相位時延估計算法，在不同的 噪聲和回聲條件下，對三維空間中的點聲源可以實現(xiàn)精確定位； 3.JIAJingjing 等利用時延估計方法來計算三維空間中每個傳感 相對于聲源的方位角和斜度，并根據(jù)其幾何位置關系來進行聲 源定位。 2.YEGNANARAYANA等將兩路同源聲信號時間序列等分成若干片 段，提取其

6、短時譜特征，并以此為基礎對每組片段進行時延估計， 可以獲得比廣義互相關更好的定位效果； 基于聲發(fā)射的發(fā)電機葉片健康監(jiān)測 7 基于聲發(fā)射的發(fā)電機葉片健康監(jiān)測 聲發(fā)射信號處理分析技術： 定型分析 定位識別 定量評價 AE信號參數(shù)分析 聲發(fā)射信號波形分析 頻譜分析 小波分析 神經(jīng)網(wǎng)絡識別 8 基于聲發(fā)射的發(fā)電機葉片健康監(jiān)測 聲發(fā)射信號處理分析技術： 早期的聲發(fā)射儀不能進行瞬態(tài)波形捕捉和實時處理,因此信號分 析中用得較多的是參數(shù)分析方法,包括計數(shù)分析法!能量分析法和 幅度分析法。 AE信號參數(shù)： 各參數(shù)的特點及計算方法如表1 所示： 基于聲發(fā)射的發(fā)電機葉片健康監(jiān)測 10 基于聲發(fā)射的發(fā)電機葉片健康監(jiān)測

7、 時差法定位模擬實驗： 用壓電陶瓷（PZT）來模擬葉片破裂產(chǎn) 生的應力波，加上與聲發(fā)射相當?shù)念l率 刺激，如100kHZ的加窗正弦波，即能 在鋁板中產(chǎn)生彈性波（lamb波） 11 基于聲發(fā)射的發(fā)電機葉片健康監(jiān)測 檢測效果： 精確位置：（0,0），檢測結果（0. 243 6, 0. 681）。此方法精度較高 基于小波分析的定位方法與實現(xiàn)： 時差定位法中存在的問題：時差定位法中存在的問題： 時差法在聲源定位中的效果主要取決去波速的確定。由于在聲發(fā)射中橫 波，縱波，面波等反射，折射，加上聲波的衰減，給確定波速造成了很大的 苦難。雖然有些方法中考慮到了聲波的衰減并引進了一個衰減因子，但衰減 因子不能根據(jù)

8、衰減的程度進行實時調(diào)整，因此還是存在一定的誤差。 一種小波分析技術實現(xiàn)了改進的AE源定位方法，對不同頻率范圍衰減 程度不同的信號波形給予一定的補償，然后實現(xiàn)AE 源定位，能有效地減 小定位誤差。 基于聲發(fā)射的發(fā)電機葉片健康監(jiān)測 假設AE信號 （L2(R)表示能量有限的信號空間) 若能找到 其中j,kZ，2j 是頻率，k 是采樣步長。 則： 是基小波。 通過這樣一個基小波的構造，將采集到的AE信號進行小波變換，考慮到 聲發(fā)射信號為突發(fā)信號，采用離散小波變換和小波重構。 基于聲發(fā)射的發(fā)電機葉片健康監(jiān)測 做這樣的變換： 小波分析法原理： 在對某一頻率段內(nèi)的信號進行補償時，由于實際結構中AE 波的 衰

9、減機制很復雜，衰減曲線很難用理論計算，可根據(jù)對風機葉片材料 的大量試驗數(shù)據(jù)測得的幅值-距離-頻率曲線來進行分析。按照聲波的 傳播距離和所分析的頻段計算出衰減的幅值，對衰減信號在不同的頻 率段內(nèi)做出有效地補償。對信號進行補償衰減后實行對小波的重構， 然后再利用時差定位的方法對聲發(fā)射源進行定位分析。 小波變換后： 基于聲發(fā)射的發(fā)電機葉片健康監(jiān)測 基于聲發(fā)射的發(fā)電機葉片健康監(jiān)測 實驗模擬及結果： 基于聲發(fā)射和神經(jīng)網(wǎng)絡的風機葉片裂紋識別研究 人工神經(jīng)網(wǎng)絡的原理： 人工神經(jīng)網(wǎng)絡（Artificial Neural Networks，ANN），是由人工構造 出的模仿人類大腦神經(jīng)系統(tǒng)來實現(xiàn)某種功能的神經(jīng)網(wǎng)絡

10、。人工神經(jīng)網(wǎng)絡 并不是真正意義上的人腦神經(jīng)系統(tǒng)，只是反映了人腦系統(tǒng)的一定特性， 是對人腦神經(jīng)系統(tǒng)最簡單的模擬和抽象。實質上是一個數(shù)學模型，可以 通過大量簡單元件的相互連接實現(xiàn)模擬人的自然智能。神經(jīng)網(wǎng)絡具有非 線性特點，能夠實現(xiàn)非線性系統(tǒng)和進行復雜的邏輯操作。 基于聲發(fā)射的發(fā)電機葉片健康監(jiān)測 聲發(fā)射信號的振鈴次數(shù)、幅值、能量、上升時間、持續(xù)時間和 平均頻率 6個輸入量： 4 4個識別模式：個識別模式： 萌生裂紋、擴展裂紋、斷裂和無裂紋 2個輸出層節(jié)點：個輸出層節(jié)點： 基于聲發(fā)射的發(fā)電機葉片健康監(jiān)測 基于聲發(fā)射的發(fā)電機葉片健康監(jiān)測 實驗模擬及結果：實驗模擬及結果： 19 紅外熱波無損檢測法 原理： 利用物體的熱屬性，通過觀測、記錄、分析和處理被檢對象利用物體的熱屬性，通過觀測、記錄、分析和處理被檢對象 紅外輻射及其變化的差異性來實現(xiàn)對物體表面下結構或缺陷進行紅外輻射及其變化的差異性來實現(xiàn)對物體表面下結構或缺陷進行 檢測的方法。檢測的方法。 20 紅外熱波無損檢測 分類（激勵源）： 主動式紅外檢測主動式紅外