常压立式储罐声学检测仪的研制

    常压立式储罐声学检测仪是应用声学检测方法测定常压立式储罐安全性的仪器.该仪器结构体系,在软硬件设计中引入了众多的新技术与新器件,从而提高了声源信号的处理速度及声源的定位精度.系统扩展方便,最小为2个通道,最多可扩展为32个通道,可以处理多种常规的声学参数,还可以对罐底三维定位以及确定多种声学参数的相关分布,并具有功能强、处理参数多、数据存储量大、仪器体积小、操作简便等特点.该仪器不仅适用于常压立式储罐的声学检测,而且适用于各种金属材料、复合材料、岩石、混凝土等材料的声学特性研究;锅炉、压力容器的产品质量检验,在用压力容器的定期检测与安全性能评价;各种机械结构件的强度试验与疲劳试验;大型构件物(水坝、桥梁、核反应堆、隧道等)的安全监测;高压容器及管道的泄漏监测;山体滑坡监测等领域[1].

    1 硬件设计

    对常压立式储罐声学检测仪采用新型结构体系,即直接插入工业计算机总线插槽的板卡式结构.每块板卡含有2个通道,系统扩展相当方便,只需插入需要的相同板卡即可.板卡上除了信号输入插口外,与外界无任何连接.增益、门槛、电平以及撞击定义时间、锁定时间等的设置均由程序控制,由软件完成.

    常压立式储罐声学检测仪的每块板卡含有2个完全独立的通道,每个通道由模拟量处理及数字量处理两大部分组成,它们都受CPLD及微处理器的控制.

    模拟量部分由传感器、前置放大器、带通滤波器、主放大器(线性)、对数放大器、增益控制电路、线性检波器、符合门槛、振铃及能量形成电路、峰值保持电路等组成.

    模拟量部分主要是对信号进行拾取、放大、滤波,并由专用电路形成有关的声学参量.

    数字量处理分前后两级进行,前级由板卡上的微处理器完成,后级由系统主计算机承担.

    各板卡数字量的处理由板卡上的微处理器(89C51)完成.经声学参数形式电路形成的各数字信号分别送至声学参数计数器、A/D转换器以及CPLD.

    声学参数的后级处理采用处理速度快的工业控制用计算机.主计算机担负着系统各项硬件参数的设置与选择,读取声学参数,形成各种参数曲线图、定位图以及数据表;事后显示、打印各种图形及数据.主计算机与微处理器之间的数据变换采用异步传输方式,可以提高数据传输速度.

    2 软件设计

    2.1 平面任意三角形定位计算

    时差定位法是指将几个压电传感器按一定几何关系放置在固定点上,组成传感器阵列,测定声发射源的声波传播到各个传感器的相对时差,将这些相对时差代入满足该阵列几何关系的一组方程求解,即可得到缺陷的位置坐标.在实践中,为了确定求解声源位置的计算方程并简化计算,传感器通常按照特定规则的几何图形布置.在本文中,选取定位准确且对传感器布置要求稍低的平面任意三角形定位法来开展罐底定位技术的研究.如图1所示,假定放置3个传感器构成任意三角形,位置为S0(0,0),S1(x1,y1),S2(x2,y2),在P(x,y)处有一声发射源,距S0的距离为r,则声源距S0与距S1,S2的距离差为