超声监测专业技术的新应用

超声监测技术的新应用

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超声监测技术的新应用

超声检测技术是一门以物理、电子、机械以及材料学为基础，各行各业都在使用的通用技术之一，他是通过超声波的产生、传播及接受的物理过程完成的。目前，超声波技术广泛应用于工业领域的很多方面。

其中超声探伤检测是无损探伤中最为重要一种方法，由于超声波具有穿透能力强、对材料人体无害、使用方便等特点，可对各种锻件、轧制件、铸件、焊缝等进行内部缺陷检测，因而得到广泛应用。

此外利用超声波的各种特性，超声技术还应用于金属与非金属材料厚度测量、流量测量、料位及液位检测与控制、超声波零件清洗等工业领域。

本文主要介绍超声技术在设备故障检测及诊断方面的最新应用。

一．压力及真空系统的泄漏检测

当气体在压力下通过限流孔时，它从一个有压层流变为低压紊流（参见图1）。紊流产生所谓的“白噪声”广谱声音。在这种白噪声中含有超声波分量。因为泄漏部位的超声最大，探测这些信号通常是非常简单的。

目前已有成熟的超声检测专用仪器，可将探测到的超声波信号转换为人耳可听见的音频信号，适用于各种泄漏检测。（参见附录）

泄漏可以在压力系统或真空系统中出现。在这二种系统中，超声的产生方式如上所述。二者之间唯一不同的是真空泄漏产生的超声波振幅通常小于同等流速的压力泄漏。其原因在于真空泄漏产生的紊流是发生在真空室内，而压力泄漏产生的紊流出现在大气中

什么样的气体泄漏采用超声波探测呢？一般来说，不管何种气体，包括空气在内，只要它从限流孔泄出时产生紊流，就可以用超声波探测。与气体专用的传感器不同，超声检测是属于声音专用检测。气体专用传感器仅能用于它所能辨别的具体气体（如氦）。而超声检测能辨别出任何类型的气体，因为它探测的是泄漏紊流所产生的超声。

由于超声检测的多功能性，它可用于各种各样的泄漏探测。能检测气动系统，检测气密电缆（如电信系统使用的），检测铁路车辆、卡车及公共汽车上的气动刹车系统。给容器、管道、机壳加压可轻易地检测出泄漏。通过监听泄漏的紊流，可方便地探测出真空系统、透平排气、真空室、原料处理系统、冷凝器、氧气系统的各种泄漏。

●阀门内泄漏检测

当液体或气体流经管道时，除了弯头或障碍处，只产生少量紊流或不产生紊流。泄漏的阀门，有逃逸的液体或气体从高压区流向低压区，在低压区或（下游）侧形成紊流，并产生白噪声。如果阀门内部泄漏，仪器能检测到孔隙处产生的超声波。泄漏阀座的声音完全取决于液体或气体的密度。有时它听起来像细小的噼啪声，有时像高声呼哧声。音质取决于流速和管道内部压差。例如：低压和中压水流容易辨别出是水。但是，冲过半开阀门的高压水听起来特别像蒸汽。

●地下泄漏

探测地下泄漏取决于具体泄漏产生的超声波的量。某些微量的泄漏只发出特别小量的超声波。另外还有土壤能隔断超声波，疏松的土壤比坚实的土壤吸收更多的超声波。如果泄漏发生在靠近表面的地方，而且比较严重，就能很快地探测出来。采用某些其它手段，也同样能探测出更微小的泄漏。有时需要给管道加压，产生更大的流动和更多的超声波。有时却需要让有问题的管道排水，用阀门把该区域隔离开来，再向里面注入气体（空气或氮气），使泄漏部位产生更大的超声波。后一种方法被证明十分有效。另外不排水也能将检验气体注入管道的检测区域。当有压力的气体穿过液体进入泄漏部位时，产生可被探测到的噼啪声。

有时，需要靠近泄漏（源）。这种情况下，打入细的结实金属棒，使其接近（但不碰到）管道。将接触探头挨住金属棒，监听泄漏声音。该检测需每隔1~3英尺重复一次，直到听到泄漏的声音。

●超声音频无损泄漏检验：

是一种超声波无损探伤的方法，常用于检验无法加压或无法抽成真空的系统。该超声波检验的用途非常广泛，如检测容器、管子、管道、换热器、焊缝、密封填料、密封、门、窗、舱口等。

进行该项检测是将一种超声波发生器放置在被检测物体的里面（或其一侧）。从发生器发出的超声脉冲信号会“充斥”被测物体，并从泄漏孔隙处穿过。通过在被测物体的外表面（或另一侧）用专用超声探测仪器扫描声音的穿透，就能探测到泄漏。

二。轴承磨损监测

用超声波检测和监测轴承是探测轴承早期故障的可靠方法。超声波在轴承出现升温或增加低频振动水平之前就会提出警告。用超声波检查轴承有助于发现：

a）开始疲劳故障；

b）轴承表面的布氏硬度；

c）润滑剂过多或过少。

在滚动轴承中，当滚柱或滚珠开始变疲劳，开始出现细小的变形。金属的变形会产生不规则的表面，因而导致超声波量的增加。

原始读数振幅的变化说明轴承出现早期故障。超过任何原始读数12dB的读数的现象，均可认为该轴承已进入故障开始状态。

该资料是由美国国家航天局通过在滚珠轴承上进行实验所发现的。

在用24~50kHz频率监测轴承的实验中，他们发现振幅的变化说明轴承出现早期故障（先于其它任何指示，包括温度变化和振动变化）。基于探测和分析轴承共振频率调制的超声波系统具有进行细微探测的能力；而传统的方法是无法探测出非常轻微的故障。当滚珠经过内圈表面的坑或瑕疵时，滚珠产生撞击，这种重复的撞击会使轴承组件结构共振。振动或振鸣产生的声音作为被测轴承超声波频率振幅增加而被捕获。

轴承表面的布氏硬度，由于滚珠不圆而出现的不规则滑动会产生类似的振幅增加。这些点也会产生重复振鸣，被作为被测频率振幅增加而被探测出来。

由于被检测到的超声波可被转换为人耳可听的音频，故建议用户应熟悉正常轴承的声音。正常轴承发出的声音像呼哧声或嘶嘶声。噼啪声或粗糙声音说明轴承已处于故障阶段。某些情况下，损坏的滚珠发出咔哒声，而高强度、不均匀粗糙声音可能表明损坏的座圈或滚珠的不均匀损坏。如出现该情况，应经常地进行检查。

检测轴承故障

检测轴承故障有二种基本方法：比较法和历史法。