EMD信号分析方法的声发射管道泄漏检测研究.pdf

振动与冲击 No 第26卷第10期 ．TOiJflNALOFVIBRAllONA牲DSHOCK Vol26 IO2007 EMD信号分析方法的声发射管道泄漏检测研究 孙立瑛，李一博，曲志刚，靳世久，周琰 (天津大学精密测试技术与仪器国家重点实验室，天津300072) 摘 要：针对管道泄漏声发射检测信号的非平稳特征，提出了基于经验模态分解(EMD)的信号分析方法。该信 号分析方法将管道泄漏产生的声发射信号通过EMD分解为多个平稳的固有模态函数(IMF)之和，选择包含声发射特征 的若干IMF分最进行重构，可以提取到管道泄漏声发射信号的本质特征，消除噪声信号的干扰。通过对重构后的信号进 射信号的非平稳特征及信号参数提取的有效工具。 关键谒：声发射；管道泄漏检测；经验模态分解(EMD)；相关分析 6 中图分类号：TE973 文献标识码：A 管道在石油、化工、天然气、城市建设等行业中，起 1检测原理 着非常重要的作用。随着管道网络的迅速发展，由于 服役期延长、介质腐蚀、老化等因素的影Ⅱ向，管道事故 管道在运行一段时间后，由于材料的腐蚀老化或 频繁发生。管道缺陷的无损检测方法一直是人们研究 在其它外力作用下，管道可能产生裂纹或膳蚀7L，由于 的热点。常规的无损检测方法，如射线、超声波、磁粉、 管道内外压差的存在，管道内的流体会向外部泄漏。 渗透等，由于检测过程为逐点扫描，速度慢、效率低，因 管道泄漏激发的应力波携带着泄漏源的信息(如泄漏 此检测在役管道时只能采用抽查的方法，极易造成缺 的大小、位置等)并沿管壁传播，利用声发射传感器采 陷漏检。管道漏磁通检测器(MFL_PIG)可以对管道的集该应力波信号，并分析处理，就可以获得管道泄漏信 腐蚀情况进行在线检测，是目前应用较为广泛的长距 息，并列缺陷产生的位置及严重程度做出判断”1。 离管道内检测技术。但许多管道由于铺设较早，管径 对管道进行声发射检测时，可采用声发射的时差 和阀门的尺寸与现有的管道漏磁通检测器不匹配，因 线定位方法对管道缺陷或泄漏点进行定位。管道声发 此不适宜采用该技术。而且，管道漏磁通检测的费用 射检测至少需要两个声发射传感器，其定位原理”1如 也相当高。 图1所示。 声发射作为一种动态无损检测方法，可以在不停 产的状况下对压力管道的活性缺陷和泄漏情况进行快 速检测及判断，而且其对管道特殊结构的形状不敏感。 由于其在管道检测方面的独特优势…，对声发射管道 检测技术的研究具有重要的意义。 经验模态分解被认为是近年来信号分析领域的一 个突破，该方法是一种自适应的信号分解方法，基于信 号的时间尺度将信号分解为若干个固有模态函数之 图I管道泄漏的声发射检测原理 和，分解出的各个IMF分量突出了信号的局部特征，因 此非常适用于非平稳信号的分析。管道泄漏产生的声 假设泄漏点发生在14和2。传感器之间，管道泄漏 发射信号具有强烈的非平稳特征，采用适当的经验模 (声发射源)产生的声发射信号到达14传感器的时间为 态分解方法对其进行分析，可以更准确、有效地把握信 t．，到达2”传感器的时间为t，。因此，泄漏信号到达两 号特征信息。 个传感器之间的时差为／it=f：一t。，图中D为两个传感 器间的距离，以口表示声波在结构中的传播速度，则泄