基于声发射感知的服役设备健康状态监测技术

  来源：北京云镀科技发展有限公司、岩土网

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《基于声发射感知的服役设备健康状态监测技术》    

颜秉鑫  北京云镀科技发展有限公司

▼ 目录 ▼

一、 声发射技术 介绍

二、监测系统组成

三、状态评估方法及流程

四、健康监测典型应用案例

五、面向工业的结构健康监测集成化高频传感器

▼ 内容介绍 ▼

一、声发射技术介绍

定义

材料中局域源快速释放能量，而产生瞬态 弹性波 的现象称为     声发射（AE）     。大多数材料变形和断裂时，有声发射发生，通过AE 信号分析 和处理可评估材料或构件的缺陷与损伤等内部特征。

检测原理

声发射源 弹性波到达材料的表面，引起表面位移，探测器将材料的机械中弹性波转化电信号，再被放大、采集和记录，根据观察到的声发射信号，进行分析、判断声发射源的位置。

应用发展

声发射技术特性为工业装备状态监测与健康管理提供了可能。

技术特点

优势

针对噪声干扰问题，本团队在各个工程领域积累了大量的经验，能够设计适合不同工况的感知结构，实现感知去噪，并利用提出高频相位解调等先进的信号处理算法，实现结构损伤特征的有效提取。

二、 声发射系统 组成

基于物联网架构的状态监测解决方案

三、状态评估方法及流程

基于撞击的特征参数分析方法：与其他传统检测手段的不同

故障声发射信号一般为突发型。如果声发射事件信号是断续的，且在时间上可以分开，那么这种信号就称为     突发型声发射信号     ，如下图所示。

四、健康监测典型应用案例

轨道交通领域

 传动系统状态监测

CRRC高速列车PHM系统开发项目    

本项目对高速列车各关键部件进行在线监测实现关键故障预测与健康管理，保证列车运行经济性和安全性。

结论：声发射技术为线路运行列车的安全性和维修经济性提供了技术保证，现实了高速列车的PHM目标。

   CR450 动车组TP06钛合金架构状态监测

 结构健康状态监测

声发射构件疲劳裂纹检测项目    

项目利用声发射技术对车轴、转向架构件、车体等进行疲劳加载测试，获取裂纹声发射信号。

结论：声发射技术可以追踪裂纹萌生时间、裂纹随时间扩展的变化历程，分析结果与实际裂纹情况基本一致。

风电行业

 主轴承状态监测

国内某风电集团风机主轴承在线监测

 叶片裂纹监测

某风电集团风机叶片 静载试验

某风电集团风机     叶片实地损伤监测实验

 变桨轴承监测

国内某风电集团风机     变桨轴承     在线监测

 风场效果

声发射监测技术不仅可以完成传动链系统中的主轴、齿轮箱、发电机等的故障状态监测，还可以对连接螺栓叶片、塔筒、风机基础等进行监测，因为只要是有活性损伤，就会有声发射信号产生，所以声发射技术可以提供整个系统部件的监测，一种技术可以解决多个问题，便于管理和运维。

石油化工领域

 旋转设备监测

滚动轴承在线监测（中石油某净化厂）

结论：声发射可以实现轴承长时间的状态监测与健康预测，目前已对风机轴承监测长达两年之久。

 轴瓦监测

高速滑动轴承在线监测(中煤集团)    

结论：声发射可以实现高速（转速20000rpm）轴瓦的故障诊断,诊断结果与实际一致。

 层析成像

 管道、阀门、罐体损伤检测

储罐罐体损伤检测(某化工厂)

压裂现场试验，并完成数据分析(裂纹状态评估)

岩石力学领域    

 桥梁、大坝等损伤监测

岩石力学领域（永清桥梁混凝土结构）    

电力行业    

电力设备检测目前主要问题

现有方法及优缺点

某钢厂变压器局部放电检测

某油气田变压器局部放电检测

五、面向工业的结构健康监测集成化高频传感器

监测模型

定制化窄带传感器设计

定制化集成高频传感器

《基于声发射感知的服役设备健康状态监测技术》

颜秉鑫 北京云镀科技发展有限公司

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