声发射TCS-SHAE-监测检测一体化型

注：图片与实际产品可能有所差异，以实际产品为主。

一.产品介绍

采声科技研发TCS-SHAE是一款全天候结构健康监测声发射系统，可用于大型结构声发射全天候实时不间断监测及检测。该系统拥有多个外参数通道，可将转速计、压力传感器、载荷传感器、温度传感器、应力应变、气象仪等多类型传感器接入主机内，实现多种数据采集，为后期数据分析提供更加丰富的手段，确保分析结果的准确性和有效性。

TCS-SHAE防护等级高：可长期放置于室外进行全天候数据采集。系统具有用于数据传输和远程控制的通信接口，可以进行远端网络访问，实现 “办公室—现场”一体化。

TCS-SHAE的软件功能强大：简洁干净的用户界面，可进行多种AE特征参数采集，波形采集。拥有多种滤波、报警功能。

 TCS-SHAE性能出色：能满足实验研究和现场监测、检测需求。

 设备特点：

  1.可通过网络进行远程控制。

  2.可接入多种传感器，例如声发射传感器、加速度计传感器、倾斜传感器等。

  3.可提供多种报警功能。

  4.低功耗设置，实现长期采集，系统稳定性高。

  5.防护等级高，可长期放置于现场。

  6.拥有功能强大、内容丰富的AE软件。

  7.可用交流、直流供电。

二.主要技术参数：

  1.标准单台主机支持32通道（可扩展至256通道）

  2.外参数通道：16个(10KSPS)

  3.接口类型：网口/RS-232/RS-422/SB/CF等

  4.供电：10-28 VDC或者95-250 VAC

  5.尺寸：40 cm x 50 cm x 20 cm

  6.工作温度：-35℃-70℃

  7.机箱防护等级：IP66

三.适用场景：

 集成声发射、振动、位移、应力/应变、温度等多参数采集监测于一身。IP66防护等级，防风、防雨、防震，应用于室外各种恶劣环境下工作的全天候、长期、结构健康安全在线监测；压力容器检测、储罐检测等各种工业现检测、桥梁缆索断丝、裂纹裂缝等长期在线监测；变压器局放，各种工业设备结构安全、健康监测；大型建筑结构关键部位、隧道、矿业、特种设备等生产安全监测。

四.检测场景案例：

案例一：后张力混凝土断丝监测

(1) 覆盖后张力混凝土结构缆丝断丝监测；

(2) 成功开发断丝专用监测系统；

(3) 搭配超高灵敏度传感器单元，结合独有的断丝因子技术；

(4) 实时监测断丝时间断丝部位断丝数量；

(5) 不漏报，不误报，为桥梁结构在线监测提供了有效的技术保障；

(6) 获得缆丝断丝时间、断丝位置、断丝数量；

(7) 完成了室内断丝测试、腐蚀断丝测试。

声发射于2009年开始用于后张力混凝土结构缆丝崩断监测

案例二：缆索断丝监测

(1) 覆盖悬索桥、斜拉桥的缆丝断丝监测

(2) 包含主缆、吊杆、斜拉杆的缆丝断丝，不漏报，不误报

(3) 获得缆丝断丝时间、断丝位置、断丝数量

(4) 完成了室内断丝测试、锚头含水情况测试、腐蚀断丝测试

(5) 现场断丝检测，广西某桥吊杆断丝监测，江苏某桥断丝监测，广东某桥断丝监测

2019年2月15日，甲方单位公布称在日常例行检查；2022年完成安装并进行监测，将安装SH-II设备进行监测；某大桥结构中有一条直径160毫米的外置式预应力钢缆发生了折断，预留三星期的时间用来更换新的钢缆。

案例三： PCCP管腐蚀断丝监测

(1) 成功开发PCCP管断丝专用监测系统；

(2) 搭配超高灵敏度传感器单元，结合独有的断丝因子技术；

(3) 实时监测断丝时间断丝部位断丝数量；

(4) 不漏报，不误报，为水利行业输水结构在线监测提供了有效的技术保障。

案例四： 桥梁监测

(1) 桥梁受环境因素（天气、温度、载荷等）的综合影响

(2) 其材质发生劣化，如混凝土的碳化、金属的应力腐蚀，结构的疲劳裂纹等

(3) 使得桥梁在长期运行过程中出现损伤，进而影响整体的运行稳定性与安全性

(4) 因此对桥梁重点部位结构的长期在线健康监测起着不可替代的作用

(5) 既可以监测现有缺陷的活动性以及其发展变化趋势，及时作出预警

(6) 同时可以对未知的损伤进行在线的早期发现以及实时的监测

(7) 避免重大事故在不可预知的情况下发生

(8) 钢结构关键部位裂纹监测

(9) 焊接结构焊缝裂纹监测

(10) 应力集中部位长期监测

(11) 混凝土结构损伤长期监测

案例五： 锦屏隧道洞周声发射监测-全天候在线监测系统

2-1辅洞夹具测试，将装配好的夹具和其他2米长的塑料套管分段螺栓连接，放入洞里，洞深30米左右。经测试，夹具在洞中可以自由放入和取出。现场进行AST自检功能，相距2400mm的两个传感器在充满水的岩洞内不能得到有效进行AST测试结果，一个传感器接收不到另一个发射的信号。后在室内进行测试，1600mm间距的两传感器对置，圆管内充满水进行AST测试，圆管直径大于传感器直径，传感器轴线与圆管轴线平齐，测试得到，传感器自激发自接收信号幅度为99db，1600mm距离处衰减到54db，其时间差不稳定，波速相差较大，误差甚至达到1000m/s以上；在室内地面AST功能具有相同的问题，时间差不稳定，2500mm的距离由99db衰减到30多。

案例六：锦屏隧道TBM掘进过程声发射监测-全天候在线监测系统

锦屏引水隧洞区大理岩因为其特殊的应力环境和岩体力学特性，使得隧洞开挖以后与常规条件下的响应方式存在较大差别。为了解岩爆、片帮、屈服损伤等一系列围岩状态出现在深埋脆性大理岩中的破坏特征，特选定了围岩变形、应变、声发射、光纤光栅、钻孔电视、钻孔声波等综合监测方法进行监测试验。

本次声发射监测目的为了解引水隧洞横断面应力调整过程中微破裂发生位置和范围，确定3#引水隧洞TBM掘进过程中引起洞周岩体应力松弛的深度以及松弛时间。除直接帮助进行支护参数优化设计以外，还可以帮助分析岩体地应力、脆性大理岩岩体力学性质及支护机理的深化研究工作。根据声发射信号的强度、活度及发展变化规律，进行破坏或安全预报。

案例七：变压器局放监测应用测试

在电力变压器内部结构中，局部的绝缘薄弱点在电场的作用下产生高频脉冲放电，放电电弧对油介质产生瞬态冲击产生爆裂状的超声脉冲信号。此超声信号以球面波的方式向四周传播，并通过油介质或变压器内部结构于不同时间传到安装于变压器外壁不同位置的超声脉冲传感器，检测系统接收和处理这些超声脉冲信号，根据其波形及频谱特征进行定性和定量分析，并利用各传感器接收到超声脉冲信号的时间差对局部放电源进行定位，推断出变压器内部局部放电的位置、状态变化程度和发展趋势。

进行检测时现场难免存在噪声干扰，超声脉冲检测系统通过设置PD检测阈值，分析波形的关键特性如幅度（Amplitude）、持续时间（Duration）、能量（Energy）、撞击数（Hits）、三维定位（3D Location）、事件数（Events）、特征指数（Character Index）^[3]、撞击谱（Hit Spectrum）^[3]、波形（Waveform）等，可确认接收到的超声脉冲信号是由局部放电还是噪声干扰产生的。

变压器发生局部放电时，上述特征一般会集中于变压器某一特定的空间（经三维定位），显示出特定的模式。局部放电的超声脉冲检测正是通过对上述特征信息分布范围的分析，特征模式的分析并结合油色谱分析、常规的高压局放试验等历史资料，来判别变压器局放存在与否及严重程度。

超声脉冲检测法是电力变压器局部放电故障诊断的有效手段，它可判断局部放电的大概位置、发生时间、持续时间与剧烈程度。但是，该方法也有一定的局限性，当放电源位于变压器线圈表层时检测是有效的，当放电源位于变压器绝缘深部时，只有在局放信号较强时才能获得较好的检测效果。对于同时出现的多点放电，也可实现多个局放源定位。但当多个局放源距离较近时，如何判断哪个超声信号属于哪个局放源仍需要做进一步的工作。

案例八：储罐在线监测方法

针对固定顶储罐而言，由于存储介质的挥发特性，使得罐体内部上端存在大量的气相区，气相区在一定的温度和浓度条件下，将附着在罐顶部不断凝结。凝结点不断增大，在重力的作用下重新滴落到液相介质中，这个过程会周而复始的持续发生，且其产生的信号能量较高，对现场检测影响较大。

单层布置传感器，无法滤除来自上部信号

双层布置：清晰分辨来自罐底部与罐体的信号

监测优势：

1、双层布置：采用双层布置有效区分监测过程中信号源的来源以及定位的相互鉴别

2、护卫滤波：护卫滤波的合理设置与探头的合理布置，可以有效减少作业过程中流体流动对信号定位的干扰，有效鉴别噪音源的来源，有效去除不需要的信号，只存定位事件的信号

3、空窗期优化：在线监测过程，通过信号的分析以及管理日志中的作业时间，可以指导储罐声发射监测的有利空窗期进行数据的分析与对比统计（无进出液作业，无人为干扰，无大的温升，无严重冷凝滴液，无机械摩擦噪音等过程）

4、数据完整：监测可以获取储罐运行过程的完整数据，可以截取任意一段数据进行处理分析，有利于找到和验证需要的数据中包含的信号模式特征范围

5、丰富性：储罐的监测包含了声发射、气象、温度、振动、应变、测厚等参数，同时涵盖工艺操作过程，作业工艺记录等信息，丰富的信息使得监测数据更加立体，形象化，从数据的空间架构上与底板的活性腐蚀状态相关联，季节不同对信号的影响，气候的变化对信号的影响，工艺的改变对信号的影响等等统计信息将真实的罐底腐蚀状态的信号通过监测在时间寿命上体现出来。

6、类比性：单台罐的监测数据的分析结果，可以类比同样环境下的其他储罐的生命特征，监测是一种持续的信号输入，即使是夹杂着有效信号的噪音信号，也包含着储罐运行状态的信息，辅助判断储罐的完整性。

7、预测性：声发射是捕捉瞬态变化的有效技术，尤其在监测过程，充分体现了声发射技术的实时性、突发性、灵敏性的优势，可以选择任意空窗期的监测数据的统计值作为阈值极限，设置为预警、报警，对无人值守的时间段实现智能监测。

案例九：LNG储罐声发射监测应用

(1) LNG 项目 16 万 m LNG 储罐混凝外墙壁中所用的后张拉预应力钢绞线(也称为钢绞线束)

(2) 竖向钢绞线束  (12 束直径 15.7 钢绞线组成)，A=1800mm2; 环向钢绞线束 (19 束直径 15.7 钢绞线组成)，A=2850mm2

(3) 金属用钢内罐重量12490吨，外墙和混凝土结构3000吨，填充物（膨胀珍珠岩、玻璃棉、泡沫玻璃等）87000M3

(4) 立桩367根，直径1.2米，地面上1.5米，地下20米

小结：

(1) 声发射技术可以有效监测到立桩、承台、外墙（外罐）处产生的应力波信号

(2) 断铅信号可以传播3米左右

(3) 中心冲信号可以传播22米左右

(4) LNG储罐运行过程中，不同时间段，不同动作，不同人员作业的信号，可以被实时记录

(5) 结合LNG日常管理信息，声发射监测可以有效指导LNG结构安全状态的分析、评价