基于时频域的钢桶泄漏检测信号处理（1）

范佩西

【摘要】

钢桶是现代生活中重要的包装容器，在各类液体、固体商品的存储、运输和使用过程中，以其优良的耐腐蚀、高强度、安全可靠等功能广泛应用于化工、石油、涂料轻工、食品等产品的包装。正因为钢桶应用的如此广泛，其渗漏问题日益重视，尤其是在石油、化工、危险物品包装等重要场所，若发生渗漏不仅会影响经济效益，还可能引发安全问题。

在钢桶生产过程和应用中，钢桶的验漏检测是最重要的工艺。研究新型的钢桶验漏检测方法在提高钢桶生产效率和日常生活的安全应用有着巨大的意义。随着计算机处理能力的飞速发展,钢桶的泄漏检测也有着显著的提高。本文利用MATLAB软件的时频分析方法和GUI平台，结合现有的声发射检测检测技术，设计一套钢桶泄漏检测系统，可以对钢桶泄漏信号进行分析，对钢桶泄漏可以进行有效检测，具有良好的适应性。并且在多次实验中运用信号的时频分析方法提取了泄漏信号的特征参数，验证了钢桶声发射泄漏信号检测的可行性。

本文对钢桶泄漏声发射信号波形分析处理证实了声发射技术用于钢桶泄漏检测的可行性，能提高钢桶生产的效率和日常应用的安全，为将声发射技术应用于钢桶泄漏检测以及其他金属材料故障检测提供了新思路。

【关键词】钢桶泄漏检测，声发射技术，时频分析，MATLAB GUI

第一章 绪论

1.1 引言

随着经济的发展和生活水平的提高，环境保护与经济发展已成为当今社会的焦点，环境保护的呼声也遍及了全球。包装工业与人类的生活是息息相关的，因包装物所造成的污染也越来越多。国内外为了减少包装工业物对环境的污染，已投入了大量的财力和精力。尽管如此，和其他所有工业部门一样，包装工业并没有真正解决里面对环境的污染，和对公共环境卫生的影响。

钢桶是重要的包装容器，在各种固体、液体商品的运输、存储和使用过程中，以其优良的耐腐蚀、高强度、安全可靠等功能广泛用于食品、石油、化工、涂料轻工等产品的包装。正因为钢桶应用的如此广泛，其渗漏问题日益重视，尤其是在石油、化工、危险物品包装等重要场所，若发生渗漏不仅会影响经济效益，还可能引发安全问题。近年来，由于钢桶的泄漏问题，发生了很多事故，其中大多数为严重的环境污染事故。在钢桶生产和应用过程中，钢桶的验漏检测是最重要的工艺。所以，钢桶泄漏问题不容忽视。

1.2 钢桶的泄漏检测的方法和技术

在欧美发达国家，对金属容器和钢桶的渗漏检测很重视，各种相关的规定和标准越来越严格和明确。因此，为了控制和保证钢桶生产及使用过程的质量，生产企业有必要了解最新的检测技术和处理方法。近年来，我国钢桶的制造技术随着经济的发展有了比较明显的进步，但是钢桶的泄漏检测技术却明显落后，目前还停留在上世纪五六十年代的水平，明显地跟不上国外相关先进技术的发展步伐。对于钢桶来说，长期以来由于泄漏造成的污染、损失以及危害已造成严重的环境污染和经济损失，随着社会的发展，越来越重视产品的质量、环境保护以及人类的健康，要求钢桶必须达到零渗漏[1]。

多年来，钢桶的渗漏测试通常用的是以各种水泡的形式试验，这种检测方法比较简单，就是在钢桶上泄漏处涂抹肥皂水或把钢桶置于水中，再往钢桶中不断注入空气并压缩，看钢桶是否会冒泡，来判断这个钢桶是否泄漏。这种方法虽然可以检测出钢桶比较微小的泄漏，并且能看出它的确切的位置，但是这种检测方法不能检测出钢桶的泄漏速率，而且它还有以下缺点：一是劳动强度大、检测效率低。二是在水泡泄漏检测后，钢桶表面已被肥皂泡或水污染，必须要进行处理才能进入下道工序，不然会影响到后面的涂装质量或使表面生锈等[1]。

目前，在国内一些全自动桶罐生产线上，很多都配备了较标准的渗漏检测系统，这都是引进国外先进技术设备的结果，但在实际应用中，还没有达到想要的结果。目前比较新的钢桶泄漏检测方法有：压力衰减法、真空衰减法、氦气检测法、测压元件法等。
先进的钢桶泄漏检测技术，不仅精密度高、生产效率高，而且对钢桶本身的质量也没有影响。在我国的制桶业中，验漏检测技术比较落后，而很多制桶企业都只重视钢桶的生产技术，他们花大把力气去改进和引进先进的生产设备，而没有对验漏检测技术进行改进和重视。所以，即使是生产设备很好的企业，如果验漏检测技术还停留在原始、落后的状态，这很不利于钢桶行业的发展和钢桶的安全应用。

目前，我国的钢桶的验漏检测技术需要改进，企业在大力引进和购置先进的生产设备的同时，不要忽略了钢桶的验漏检测技术的改进，也希望有关管理部门和钢桶生产设备制造企业，要重视国外验漏检测技术的引进和运用。

1.3 本文研究的内容及意义

1.3.1 研究的内容

本文研究的主要是钢桶声发射信号的分析处理，提取声发射源的特征参数。这中间涉及到的相关问题就是要首先弄清楚不同的钢桶泄漏声发射源的内部活动导致不同特征的声发射信号，然后利用数字信号处理方法分析并提取钢桶泄漏源声发射信号的特征。具体研究内容如下:

1、主要介绍了泄漏声发射信号的产生机制特点以及信号的处理方法。

2、并且运用FIR型带通滤波器对泄漏声发射信号进行了有效的除噪处理。

3、主要利用时频域分析方法，在声发射信号的时域求其RMS和ASL，在频域进行利用功率谱估计、快速傅里叶变换、希尔伯特黄变换和时频分布的边缘特性等信号分析方法对钢桶的泄漏声发射信号处理分析，提取泄漏信号的特征值。

4、利用MATLAB的图形用户界面设计钢桶泄漏声发射信号检测系统。

1.3.2 研究的意义

声发射检测技术的目的主要是通过对采集到的钢桶泄漏声发射信号的进行特征分析，去评估声发射源（即泄漏源）的活动情况。声发射信号的来源是钢桶泄漏源本身，它带有钢桶泄漏源的重要特征信息。对钢桶泄漏声发射信号分析处理可以得到声发射源活动特征参数，这点跟其它的检测方法不同。所以声发射检测技术可以在设备正在运行状态检测和安全报警等这些方面有着很好的应用前景，因此声发射检测技术的应用也越来越广泛。但由于声发射信号容易被外部信号干扰和它本身具有复杂成分特征，使得它的应用受到了很大的限制，这主要是因为声发射信号缺少有效的处理方法。

本文分别在泄漏声发射信号的时域和频域对信号进行特征分析，提取泄漏声发射信号特征参数在一定程度上解决了这个问题。

[1] 杨文亮．钢桶与环境[J]．中国包装报，2001(04)：1-5.

[2] 杨文亮．中国的钢桶市场[J]．上海包装报，2003(05)：1-3.

[3] 杨文亮．金属容器的渗漏检测技术的发展[J]．中国包装报，2008(05)：1-3.

[4] 杨文亮．金属容器的渗漏检测技术[J]．企业科技与发展，2008(03)：51-52.

【相关链接】

基于时频域的钢桶泄漏检测信号处理（1）

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