储油罐底腐蚀声发射信号研究

论文摘要

在对储油罐底腐蚀现象检测中,相比较于传统的超声波检测、涡流检测、漏磁检测,声发射在线检测技术具有无须清空油罐、费用较低并能实时检测等优点,是非常理想的罐底腐蚀在线检测方法。本文分别对腐蚀信号产生的机理、腐蚀过程声发射检测实验、基于盲源分离的混合腐蚀信号分离、腐蚀信号的小波分解等几方面内容进行了研究。腐蚀声发射信号可分为突发型和连续型,对腐蚀声发射信号产生的机理和影响其产生的因素,如金属表面钝化膜的破裂、金属离子化学反应过程进行了分析。建立了恒温水浴模拟实验装置,利用了PCI-2声发射采集系统进行实验研究,配置了10%的FeCl3·6H2O溶液作为腐蚀溶液。在实验过程中,采集了不同腐蚀阶段的腐蚀信号,实验结果表明,腐蚀声发射信号的事件数着腐蚀的持续进行呈现不同的趋势,可以观察到腐蚀声发射信号的事件数随着腐蚀的深入而增加。该实验结论对实际的罐底腐蚀声发射检测有一定的借鉴价值。应用小波分解对采集的突发信号和连续信号进行分析,选取不同小波尺度下的分解信号,通过对腐蚀信号的频域研究表明,突发型信号能量集中,频率主要集中在50KHz到80KHz之间,信号具有间断性,主要是因为金属表面钝化膜的破裂和气泡破裂瞬间释放的能量所导致的。连续型声发射信号的能量相对分散,其频率主要集中在30KHz到50KHz之间,这主要是因为在腐蚀过程中化学反应持续产生的能量所导致的。本文对混合信号分离进行了研究,利用盲源分离算法能够分离信号源个数未知条件下的混合信号的优点,设计了非高斯信号的混合迭代分离算法,基于Matlab平台设计了混合信号分离软件,实现了混合腐蚀信号的分离。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 检测储油罐的意义
• 1.2 储油罐在线检测的发展现状
• 1.3 储油罐腐蚀检测的方法
• 1.3.1 漏磁检测法
• 1.3.2 涡流检测法
• 1.3.3 超声波检测法
• 1.3.4 声发射检测法
• 1.4 检测方案的确定
• 1.5 课题研究内容及创新点
• 第二章 腐蚀信号产生机理的研究
• 2.1 低碳钢腐蚀过程
• 2.1.1 大型储油罐的结构及用钢组成
• 2.1.2 金属腐蚀的化学反应过程
• 2.1.3 低碳钢腐蚀过程化学反应产生的声发射
• 2.1.4 低碳钢腐蚀过程钝化膜破裂产生的声发射
• 2.2 低碳钢腐蚀过程的声发射检测实验
• 2.2.1 实验系统
• 2.2.2 低碳钢腐蚀过程中噪声信号的特征
• 2.3 本章小结
• 第三章 声发射信号处理的研究
• 3.1 特征参数分析法
• 3.1.1 单特征参数分析法
• 3.1.2 分布图分析法
• 3.1.3 特征参数分析法的特点与不足
• 3.2 小波变换分析法
• 3.2.1 小波变换的连续和离散
• 3.2.2 小波变换的去噪
• 3.2.3 小波变换在声发射信号处理中的缺陷
• 3.3 盲分离法
• 3.3.1 盲分离的数学模型
• 3.3.2 分离信号的基本原则和分离效果评价
• 3.4 本章小结
• 第四章 腐蚀声发射信号的研究
• 4.1 基于信息论的盲信号分离算法
• 4.1.1 混合信号的数学模型
• 4.1.2 反馈分离结构
• 4.2 基于非高斯性极大化的盲信号分离算法
• 4.2.1 无噪声非线性自相关函数的处理
• 4.2.2 含噪声非高斯性信号的处理
• 4.2.3 混合梯度迭代
• 4.2.4 高阶统计量
• 4.2.5 高阶累积量和高阶矩
• 4.2.6 三阶累积量
• 4.2.7 四阶累积量
• 4.3 腐蚀声发射信号的梯度迭代分离
• 4.4 本章小结
• 第五章 软件设计
• 5.1 软件系统的设计
• 5.2 软件的功能
• 5.2.1 线性混合信号分离
• 5.2.2 非线性混合信号分离
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 附录A 迭代算法流程
• 附录B 软件主程序
• 附录C 迭代算法程序
• 在学研究成果
• 致谢