超聲監(jiān)測(cè)技術(shù)的新應(yīng)用

1、超聲監(jiān)測(cè)技術(shù)的新應(yīng)用超聲檢測(cè)技術(shù)是一門以物理、電子、機(jī)械以及材料學(xué)為基礎(chǔ)，各行各業(yè)都在使用的通 用技術(shù)之一，他是通過(guò)超聲波的產(chǎn)生、傳播及接受的物理過(guò)程完成的。目前，超聲波技術(shù) 廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的很多方面。其中超聲探傷檢測(cè)是無(wú)損探傷中最為重要一種方法，由于超聲波具有穿透能力強(qiáng)、對(duì) 材料人體無(wú)害、使用方便等特點(diǎn)，可對(duì)各種鍛件、軋制件、鑄件、焊縫等進(jìn)行內(nèi)部缺陷檢 測(cè)，因而得到廣泛應(yīng)用。此外利用超聲波的各種特性，超聲技術(shù)還應(yīng)用于金屬與非金屬材料厚度測(cè)量、流量測(cè) 量、料位及液位檢測(cè)與控制、超聲波零件清洗等工業(yè)領(lǐng)域。本文主要介紹超聲技術(shù)在設(shè)備故障檢測(cè)及診斷方面的最新應(yīng)用。一壓力及真空系統(tǒng)的泄漏檢測(cè)當(dāng)氣體

2、在壓力下通過(guò)限流孔時(shí)， 它從一個(gè)有壓層流變?yōu)榈蛪何闪?（參見(jiàn)圖 1）。紊流產(chǎn)生所謂的“白噪聲”廣譜聲音。在這種白噪聲中含有超聲波分量。因?yàn)樾孤┎课坏某曌?大，探測(cè)這些信號(hào)通常是非常簡(jiǎn)單的。目前已有成熟的超聲檢測(cè)專用儀器， 可將探測(cè)到的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為人耳可聽(tīng)見(jiàn)的音 頻信號(hào)，適用于各種泄漏檢測(cè)。 （參見(jiàn)附錄）泄漏可以在壓力系統(tǒng)或真空系統(tǒng)中出現(xiàn)。 在這二種系統(tǒng)中， 超聲的產(chǎn)生方式如上所述。二者之間唯一不同的是真空泄漏產(chǎn)生的超聲波振幅通常小于同等流速的壓力泄漏。其原因 在于真空泄漏產(chǎn)生的紊流是發(fā)生在真空室內(nèi)，而壓力泄漏產(chǎn)生的紊流出現(xiàn)在大氣中I Pre L e-nk什么樣的氣體泄漏采用超聲波探測(cè)呢？

3、一般來(lái)說(shuō)，不管何種氣體，包括空氣在內(nèi)，只要它從限流孔泄出時(shí)產(chǎn)生紊流，就可以用超聲波探測(cè)。與氣體專用的傳感器不同，超聲檢測(cè)是屬于聲音專用檢測(cè)。氣體專用傳感器僅能用于它所能辨別的具體氣體（如氦）。而超聲檢測(cè)能辨別出任何類型的氣體，因?yàn)樗綔y(cè)的是泄漏紊流所產(chǎn)生的超聲。由于超聲檢測(cè)的多功能性，它可用于各種各樣的泄漏探測(cè)。能檢測(cè)氣動(dòng)系統(tǒng)，檢測(cè)氣密電 纜（如電信系統(tǒng)使用的），檢測(cè)鐵路車輛、卡車及公共汽車上的氣動(dòng)剎車系統(tǒng)。給容器、管 道、機(jī)殼加壓可輕易地檢測(cè)出泄漏。通過(guò)監(jiān)聽(tīng)泄漏的紊流，可方便地探測(cè)出真空系統(tǒng)、透 平排氣、真空室、原料處理系統(tǒng)、冷凝器、氧氣系統(tǒng)的各種泄漏。閥門內(nèi)泄漏檢測(cè)當(dāng)液體或氣體流經(jīng)管道時(shí)，

4、除了彎頭或障礙處，只產(chǎn)生少量紊流或不產(chǎn)生紊流。泄漏 的閥門，有逃逸的液體或氣體從高壓區(qū)流向低壓區(qū)，在低壓區(qū)或（下游）側(cè)形成紊流，并 產(chǎn)生白噪聲。如果閥門內(nèi)部泄漏，儀器能檢測(cè)到孔隙處產(chǎn)生的超聲波。泄漏閥座的聲音完 全取決于液體或氣體的密度。有時(shí)它聽(tīng)起來(lái)像細(xì)小的噼啪聲，有時(shí)像高聲呼哧聲。音質(zhì)取 決于流速和管道內(nèi)部壓差。例如：低壓和中壓水流容易辨別出是水。但是，沖過(guò)半開(kāi)閥門 的高壓水聽(tīng)起來(lái)特別像蒸汽。地下泄漏探測(cè)地下泄漏取決于具體泄漏產(chǎn)生的超聲波的量。某些微量的泄漏只發(fā)出特別小量的 超聲波。另外還有土壤能隔斷超聲波，疏松的土壤比堅(jiān)實(shí)的土壤吸收更多的超聲波。如果 泄漏發(fā)生在靠近表面的地方，而且比較嚴(yán)重

5、，就能很快地探測(cè)出來(lái)。采用某些其它手段， 也同樣能探測(cè)出更微小的泄漏。有時(shí)需要給管道加壓，產(chǎn)生更大的流動(dòng)和更多的超聲波。 有時(shí)卻需要讓有問(wèn)題的管道排水，用閥門把該區(qū)域隔離開(kāi)來(lái)，再向里面注入氣體（空氣或 氮?dú)猓?，使泄漏部位產(chǎn)生更大的超聲波。后一種方法被證明十分有效。另外不排水也能將檢 驗(yàn)氣體注入管道的檢測(cè)區(qū)域。當(dāng)有壓力的氣體穿過(guò)液體進(jìn)入泄漏部位時(shí)，產(chǎn)生可被探測(cè)到 的噼啪聲。有時(shí)，需要靠近泄漏（源）。這種情況下，打入細(xì)的結(jié)實(shí)金屬棒，使其接近（但不碰 到）管道。將接觸探頭挨住金屬棒，監(jiān)聽(tīng)泄漏聲音。該檢測(cè)需每隔13英尺重復(fù)一次，直到聽(tīng)到泄漏的聲音。超聲音頻無(wú)損泄漏檢驗(yàn)：是一種超聲波無(wú)損探傷的方法，常用

6、于檢驗(yàn)無(wú)法加壓或無(wú)法抽成真空的系統(tǒng)。該超聲 波檢驗(yàn)的用途非常廣泛，如檢測(cè)容器、管子、管道、換熱器、焊縫、密封填料、密封、門、 窗、艙口等。進(jìn)行該項(xiàng)檢測(cè)是將一種超聲波 發(fā)生器放置在被檢測(cè)物體的里面（或其一側(cè)）。從發(fā)生 器發(fā)出的超聲脈沖信號(hào)會(huì)“充斥”被測(cè)物體，并從泄漏孔隙處穿過(guò)。通過(guò)在被測(cè)物體的外 表面（或另一側(cè)）用專用超聲探測(cè)儀器掃描聲音的穿透，就能探測(cè)到泄漏。二。軸承磨損監(jiān)測(cè)用超聲波檢測(cè)和監(jiān)測(cè)軸承是探測(cè)軸承早期故障的可靠方法。超聲波在軸承出現(xiàn)升溫或增加低頻振動(dòng)水平之前就會(huì)提出警告。用超聲波檢查軸承有助于發(fā)現(xiàn)：a）開(kāi)始疲勞故障；b）軸承表面的布氏硬度;c）潤(rùn)滑劑過(guò)多或過(guò)少在滾動(dòng)軸承中，當(dāng)滾柱或滾

7、珠開(kāi)始變疲勞，開(kāi)始出現(xiàn)細(xì)小的變形。金屬的變形會(huì)產(chǎn)生 不規(guī)則的表面，因而導(dǎo)致超聲波量的增加。原始讀數(shù)振幅的變化說(shuō)明軸承出現(xiàn)早期故障。超過(guò)任何原始讀數(shù)12dB的讀數(shù)的現(xiàn)象，均可認(rèn)為該軸承已進(jìn)入故障開(kāi)始狀態(tài)。該資料是由美國(guó)國(guó)家航天局通過(guò)在滾珠軸承上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所發(fā)現(xiàn)的。在用2450kHz頻率監(jiān)測(cè)軸承的實(shí)驗(yàn)中，他們發(fā)現(xiàn)振幅的變化說(shuō)明軸承出現(xiàn)早期故障（先于其它任何指示，包括溫度變化和振動(dòng)變化）?；谔綔y(cè)和分析軸承共振頻率調(diào)制的超 聲波系統(tǒng)具有進(jìn)行細(xì)微探測(cè)的能力；而傳統(tǒng)的方法是無(wú)法探測(cè)出非常輕微的故障。當(dāng)滾珠 經(jīng)過(guò)內(nèi)圈表面的坑或瑕疵時(shí)，滾珠產(chǎn)生撞擊，這種重復(fù)的撞擊會(huì)使軸承組件結(jié)構(gòu)共振。振 動(dòng)或振鳴產(chǎn)生的聲音作

8、為被測(cè)軸承超聲波頻率振幅增加而被捕獲。軸承表面的布氏硬度，由于滾珠不圓而出現(xiàn)的不規(guī)則滑動(dòng)會(huì)產(chǎn)生類似的振幅增加。這 些點(diǎn)也會(huì)產(chǎn)生重復(fù)振鳴，被作為被測(cè)頻率振幅增加而被探測(cè)出來(lái)。由于被檢測(cè)到的超聲波可被轉(zhuǎn)換為人耳可聽(tīng)的音頻，故建議用戶應(yīng)熟悉正常軸承的聲音。正常軸承發(fā)出的聲音像呼哧聲或嘶嘶聲。噼啪聲或粗糙聲音說(shuō)明軸承已處于故障階段。某 些情況下，損壞的滾珠發(fā)出咔噠聲，而高強(qiáng)度、不均勻粗糙聲音可能表明損壞的座圈或滾 珠的不均勻損壞。如出現(xiàn)該情況，應(yīng)經(jīng)常地進(jìn)行檢查。檢測(cè)軸承故障檢測(cè)軸承故障有二種基本方法：比較法和歷史法。比較法包括檢測(cè)二個(gè)或更多的同類軸承，并“比較”潛在的差異。歷史法要對(duì)某個(gè)具體軸承監(jiān)測(cè)一

9、段時(shí)間，來(lái)建立其歷史。通過(guò)分析軸承的歷史，以特 定的超聲波頻率出現(xiàn)的磨損變得明顯，它能很容易地探測(cè)出來(lái)，并修正軸承的問(wèn)題進(jìn)行軸承比較檢驗(yàn)步驟：1）使用接觸（導(dǎo)音探測(cè)器）插件。2）選擇所需的頻率。如果只能監(jiān)測(cè)一種頻率，考慮使用30kHz。3）選擇軸承體上的 “檢測(cè)點(diǎn)”，并進(jìn)行標(biāo)識(shí)。 用接觸插件接觸該點(diǎn)。 在超聲波檢測(cè)中， 超聲波穿越的介質(zhì)或材料越多，讀數(shù)越不精確。因此，接觸探頭一定要真正接觸到軸承體。 若無(wú)法做到這點(diǎn)，接觸潤(rùn)滑油嘴或盡量靠近軸承。4 ）以同樣的角度接近軸承，接觸軸承體的相同部位。5）降低靈敏度，可更清晰地監(jiān)聽(tīng)音質(zhì)。6）通過(guò)耳機(jī)監(jiān)聽(tīng)軸承聲音，并正確分析信號(hào)的“質(zhì)量” 。7）選擇類似

10、荷載條件和相同轉(zhuǎn)速的同型號(hào)軸承。8）比較儀器讀數(shù)和音質(zhì)的差異。進(jìn)行軸承歷史檢驗(yàn)的步驟：在用 歷史方法開(kāi)始監(jiān)測(cè)軸承之前，必須用 比較 方法確定基線。1）進(jìn)行上述 1）8）檢驗(yàn)步驟。2）保存讀數(shù)作為未來(lái)參考。3）將讀數(shù)與先前（或未來(lái)）讀數(shù)比較。根據(jù)所有未來(lái)讀數(shù)，將頻率調(diào)節(jié)到原級(jí)別。如果分貝級(jí)超過(guò)基線12dB,說(shuō)明軸承已進(jìn)入早期故障狀態(tài)。 潤(rùn)滑不足通常超過(guò)基線 8dB,聽(tīng)起來(lái)象高聲的呼哧聲。如果懷疑是潤(rùn)滑不足，加注潤(rùn)滑劑 后，再檢測(cè)。如果讀數(shù)不回到原來(lái)的水平，仍然高居不下，考慮軸承快進(jìn)入故障狀態(tài)，要 經(jīng)常檢驗(yàn)。潤(rùn)滑不足要避免潤(rùn)滑不足，應(yīng)注意如下情況：1）潤(rùn)滑膜變薄時(shí)，聲級(jí)增高。高出基線 8dB并伴有

11、均勻的呼哧聲，說(shuō)明潤(rùn)滑不足。2）加注潤(rùn)滑劑時(shí)，要加注的剛使讀數(shù)回到基線。3）注意：某些潤(rùn)滑劑需要一定的時(shí)間來(lái)均勻地覆蓋軸承表面，每次要少量地加注。不要過(guò)量潤(rùn)滑。過(guò)量潤(rùn)滑引起軸承故障的通常原因之一是過(guò)量潤(rùn)滑。潤(rùn)滑劑的超壓經(jīng)常破壞或“爆裂”軸承密 圭寸，或引起溫升，產(chǎn)生應(yīng)力和變形。要避免過(guò)量潤(rùn)滑：1）如果讀數(shù)仍在基線，并且軸承發(fā)出的仍是基線聲音，不要加注潤(rùn)滑劑。2）加注潤(rùn)滑劑時(shí)，要加注的剛使讀數(shù)回到基線。3）如上所述，某些潤(rùn)滑劑需要時(shí)間來(lái)均勻地覆蓋軸承表面。低速軸承超聲技術(shù)可用來(lái)監(jiān)測(cè)低速軸承。具靈敏度范圍和頻率調(diào)節(jié)功能的超聲檢測(cè)儀器完全能夠夠監(jiān)聽(tīng)軸承的音色。轉(zhuǎn)速極低的軸承（小于25rpm）,通常比

12、較大（1/2英寸）,并采用 高粘度潤(rùn)滑脂來(lái)潤(rùn)滑。大多數(shù)情況下是聽(tīng)不到聲音的，因?yàn)闈?rùn)滑脂把大部分聲能都吸收了。 如果能聽(tīng)到聲音，通常為噼啪聲，說(shuō)明軸承正在發(fā)生變形。其它大多數(shù)低速軸承是可以設(shè)定基線的，并能進(jìn)行如上所述的監(jiān)測(cè)。三.電孤、電暈、漏電檢測(cè)超聲技術(shù)可以用于探測(cè)電氣系統(tǒng)的三個(gè)基本問(wèn)題：電孤放電：電傳導(dǎo)到“地面”時(shí)會(huì)產(chǎn)生電孤。閃電就是一個(gè)很好的例子。電暈放電：當(dāng)導(dǎo)體上帶電壓時(shí)，如天線或高壓輸電線路超過(guò)周圍空氣的限界值時(shí)，空 氣開(kāi)始游離并形成藍(lán)色或紫色輝光。漏電：常稱之為“小型電弧放電”，它沿著損壞的絕緣體路徑運(yùn)動(dòng)。典型的應(yīng)用包括：絕緣子、電纜、開(kāi)關(guān)柜、母線、繼電器、線路斷路器、配電箱、接線盒

13、等。在變電站，還可檢測(cè)像絕緣子、變壓器和絕緣套管等裝置。超聲技術(shù)可用于低壓（小于 15kV）、中壓（15kV115kV和高壓（大于115kV）系統(tǒng) 的故障檢測(cè)。低壓設(shè)備檢測(cè)：低壓設(shè)備主要關(guān)心的是電弧放電故障。典型的110，220，380V電力系統(tǒng)主要使用紅外熱像儀或點(diǎn)溫儀檢測(cè)電路接點(diǎn)溫度變化。電路熱點(diǎn)可指示出潛在的設(shè)備故障或火災(zāi)發(fā)生危險(xiǎn)。因?yàn)楫?dāng)電弧發(fā)生時(shí)，常伴隨熱現(xiàn)象。但是，當(dāng)設(shè)備被遮擋住時(shí)，采用紅外技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)就 不可能了。超聲波檢測(cè)常用于封閉的開(kāi)關(guān)柜、繼電器、斷路器的電弧檢測(cè)。由于在門縫和 排氣孔周圍掃描可以探測(cè)出超聲波的輻射，因此就象使用紅外線掃描裝置一樣，不需要開(kāi) 關(guān)柜離線就可檢測(cè)出嚴(yán)重的故障，如電弧放電、漏電及電暈放電等。確定故障是否存在， 比較簡(jiǎn)單。比較同類設(shè)備之間的音質(zhì)和聲級(jí)，有問(wèn)題的聲音會(huì)完全不同。中壓及咼壓設(shè)備檢測(cè)。中高壓設(shè)備通常產(chǎn)生更大的能源損耗。電弧、電暈及漏電現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生超聲 波，并預(yù)示者潛在的設(shè)備故障。通過(guò)檢測(cè)超聲信號(hào)可以相當(dāng)容易地探測(cè)出這些故障。當(dāng)電 從高壓線路漏出或從電氣接線間“跳躍”，它會(huì)擾動(dòng)其周圍的空氣分子并產(chǎn)生超聲波。多數(shù) 情況下，該聲音聽(tīng)起來(lái)象噼啪聲或“油煎”聲音，有時(shí)候該聲音聽(tīng)起來(lái)像蜂鳴聲。局部放電