模式識別在壓力容器聲發(fā)射檢測中的應用

??? 2.1 基本概況
??? 我們對某乙烯廠一帶保溫層球罐進行了全波形的聲發(fā)射信號檢測和實時定位。
??? 受檢球罐的基本參數(shù)如下：
??? 設計壓力：2.1MPa，設計壁厚36/38mm。設計溫度：-450C~650C
??? 工作介質：乙烯。主體材質：LT-50，球罐直徑：F12300mm，容積：1000m3
??? 此球罐為首次開罐檢驗，保溫材料為一次性灌注的聚氨脂發(fā)泡塑料。
??? 由于是帶保溫層的球罐，在加壓過程中，會因球罐的膨脹，罐體與保溫層產生摩擦，很容易產生大量聲發(fā)射信號。這要求我們提高各通道的靈敏度，但最終會導致復檢的聲發(fā)射源數(shù)據(jù)大大增加，需要用戶打開大量的保溫層，這也就減少了聲發(fā)射檢測的優(yōu)越性，增加了檢驗費用和檢驗工期。所以進行聲發(fā)射信號的模式識別顯得非常必要，尤其對這種帶保溫層的壓力容器。
??? 2.2檢驗過程
??? 聲發(fā)射各通道靈敏度要求、背景噪聲測量及加載程序按GB/T18182《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測及結果評價方法》進行。因為帶保溫層壓力容器的檢測靈敏度相對較低，在開始試驗前，應仔細測量衰減曲線，以確定在所設定的靈敏度條件下各傳感器間的最大間距。按設計好的間距布置好探頭后，再對每個探頭進行標定，并保證所有探頭的平均靈敏度，相差不超過±4dB。若相差較大，可通過檢查探頭的耦合情況和微調增益來達到靈敏度的一致。探頭的靈敏度會影響聲源的定位精度，尤其是兩個定位三角形(球面三角形定位)[5]的相鄰邊界處，探頭的耦合情況會影響定位組的選擇和聲源距離的計算。由于保溫層的存在，我們無法進行聲源的反標定，所以應對每個定位組進行模擬聲源的定位情況測定，從定位的計算原理可知，定位三角形靠中央部分計算出的結果較為可靠，而三角形的頂點和邊界部分時差相對誤差較大，計算易出現(xiàn)發(fā)散。我們可以在進行探頭靈敏度標定的同時，進行定位組的定位情況測定。將整個標定過程的波形全部采集存盤，逐個分析每個探頭的波形特征，就可以很容易知道每個探頭的靈敏度情況和定位偏差產生的原因。根據(jù)不同的波形（柔性波和擴展波）[6]選用不同的波速和門檻值，可得到十分精確的定位。
??? 為了減少保溫層磨擦信號的影響，本實驗特別注意對保壓時的信號采集，增加了保壓的時間。一般保壓臺階的保壓時間不少于15min，達到最高試驗壓力時，保壓30min。檢驗結果分析時，同樣要按國家標準對聲發(fā)射源的強度和活度進行分級，最終確定聲源的嚴重性級別。
??? 2.3 信號的采集及識別
??? 50%最高試驗壓力以后的加載過程，我們作為正式的聲發(fā)射信號的波形數(shù)據(jù)采集，并進行實時源定位，此時的定位并非最準確的定位，只表示聲源信號的大概位置，較為精確的定位在事后處理中進行，主要目的是不影響系統(tǒng)的實時采集能力。事后我們可以對采集到的聲發(fā)射波形特征進行仔細分析，選擇合適的門檻值，即選擇合適的特征到達時間和不同波的波速，實現(xiàn)較高精度的球面定位。對于有意義的聲發(fā)射信號（按GB/T18182需要復驗的信號），我們進行小波提取特征，送入前述訓練好的人工神經網(wǎng)絡進行三種模式的識別。在現(xiàn)場檢驗數(shù)據(jù)中，發(fā)現(xiàn)一聲發(fā)射信號識別為裂紋擴展信號，其置信度為91％。多處嚴重性級別為C、D級的聲發(fā)射信號識別為保溫層磨擦信號。
??? 2.4 復檢結果
??? 根據(jù)儀器的模式識別結果，我們先對置信度為91％的裂紋擴展信號源處進行表面磁粉檢驗和射線照像，X光底片的影像顯示為裂紋類缺陷，然后對識別為保溫層磨擦信號的部位進行表面磁粉和射線檢驗，均未發(fā)現(xiàn)缺陷。對于識別為其它信號的部位（共有4處），經復驗確認，其中一個聲源位于球柱支撐處(能量較大)，對其余3個聲源位置進行內外表面磁粉和內壁的超聲波探傷，發(fā)現(xiàn)一處有超標缺陷，經射線復查，認為是夾渣，其余兩處復檢未發(fā)現(xiàn)可疑缺陷。未發(fā)現(xiàn)缺陷的兩處位于球罐的頂部，由于頂部接管和平臺的支撐較多，可能是這些部位發(fā)出信號。目前我們的缺陷樣本庫還剛剛建立，將來同樣可以用波形分析的方法，能將這些偽缺陷信號一一識別出來。
??? 3．結論
??? 1）通過采用聲發(fā)射信號的波形采集方法，并借助于現(xiàn)代信號的處理手段，使復雜條件下的壓力容器聲發(fā)射檢測成為可能[9]；
??? 2）通過小波變換可以看出，裂紋擴展信號和保溫層摩擦信號，具有各自獨特的頻譜特性，借助于人工神經網(wǎng)絡很容易將它們與其它信號區(qū)別開來。
??? 3）不斷建立和擴充各種缺陷信號的樣本庫，并不斷地對網(wǎng)絡進行訓練，可以逐步得到一個較為完善并有一定抗噪能力的人工神經網(wǎng)絡，可對不同的聲發(fā)射信號進行識別，最終使聲發(fā)射檢測技術成為一門獨立的檢測手段,不需常規(guī)方法進行復檢。
??? 4）在傳統(tǒng)參數(shù)基礎上的聲發(fā)射檢測，通常會丟失許多有意義的信息，(如無法判定到達閾值的是柔性波，還有擴展波)，也就不可避免地造成定位誤差，而全波形采集系統(tǒng)可以根據(jù)波形的具體特征選取到達時間的閾值，提高了定位精度。
??? 5）對實際應用而言，典型信號樣本的獲取、聲源的位置及傳播衰減對波形的影響等問題，仍有待進一步的研究。