压缩空气泄漏、真空系统泄漏、电气系统局部放电等问题,都可能会导致公司面临着潜在的停产停工、更换设备的风险。为了提前规避风险,使用声波成像仪进行超声成像是检测设备潜在问题的一种有效方式。

 

 

通常,这种简单易用的技术使专业人士能够以比传统方法快10倍的速度完成检测工作。那么,在选购声波成像仪时应关注哪些方面呢?


有效的频率范围
首先需要考虑的特性是声像仪的有效频率范围。您可能认为,频率范围越宽,越可以扩大收音频率的范围。但事实上,检测压缩空气泄漏的最有效频率范围介于20至30kHz之间。这是因为,使用20至30kHz的频率范围有助于将压缩空气泄漏与工厂的背景噪音区分开来。由于在20-30kHz之间漏风噪音和背景噪音之间存在较大差异,因此与更高频率相比,在该频率范围内更易检测到压缩空气的泄漏。

 


从上图中,我们可以看到在30至60kHz频率范围内,压缩空气(蓝线)和机械噪音(黄线)的振幅均呈现出减小的趋势,这使得区分它们十分困难。因此,在20至30kHz范围内工作更有效。


对于在安全距离内检测局部放电的用户,10至30 kHz范围为最佳。这是因为较高频率范围传播距离较短。为了检测室外环境中高压设备的局部放电,需要把声波成像仪调至较低频率、传播距离更远的声音。


最佳麦克风数量
为了捕捉更安静的噪音,麦克风数量越多越好。声波成像仪通常利用数十个微机电系统(MEMS)麦克风收集和区分声音。虽然MEMS较小,功耗较低,且十分稳定,但是它们本身产生的噪音会干扰单个麦克风收录极安静声音的能力。这时,仅需将麦克风数量翻倍便能将信噪比增加到足以消除3分贝无用噪音的程度。

 


一个麦克风产生的自噪音可能足以让系统无法收录产生16.5kHz信号的压缩空气泄漏。

 


拥有32个麦克风的声波成像仪可以检测到某种泄漏,但是由于信噪比仍然太低以至于无法收录更安静的声音。

 

 

相比之下,一个拥有124个麦克风的声像仪既能收录频率为16.5kHz的泄漏,又能收录频率为18.5kHz的泄漏,使其更易检测、查明和量化较小的泄漏。


声音探测距离
给声波成像仪增加合适数量的麦克风也能提高从较远距离处收录极安静噪音的概率。这在检测高压系统时尤其重要,因为高压局部放电的检测往往需要在安全距离之外检测带电设备。随着声波成像仪远离声源,声音信号的强度显著下降。解决办法是增加麦克风的数目:麦克风数目增至4倍基本能使声音检测范围翻倍。

 

 

FLIR Si124


麦克风的布局
声波成像仪上麦克风的布局会影响声波成像仪确定声音方向和位置的方式。声波成像仪从每个麦克风中采集数据,测量信号的时间差和相位差,并计算声源位置。这些麦克风需要被紧紧排列在一起,以确保它们能够收集到足够的声波数据,从而准确确定音源的方向。

 



麦克风的性能
就像频率一样,一台声波成像仪能容纳的麦克风数量有一个最佳上限。设置过多麦克风会存在潜在弊端:每个麦克风都需要处理功率以便将音频数据信号转换成图像。因此,增加太多麦克风会使回报减少。某些制造商通过降低声像像素或“声音”像素的分辨率平衡这一点,但是这会影响声波成像仪的整体性能。拥有足够的声音像素数以便从一定距离处可靠地检测电晕放电和局部放电并查明其确切来源,这一点至关重要。

 


FLIR Si124拥有124个麦克风和先进的处理能力,具有行业领先的检测灵敏度、出色的声像分辨率和较大的检测范围,很好地平衡了这二者之间的关系。


智能分析工具
最后一项需要考虑的特性是声波成像仪的计算能力和搭载的分析工具及辅助软件。像FLIR Si124这样的声波成像仪提供机载分析工具、生成简单易懂的报告,并利用AI/web工具进行预测性分析。检测人员能在检查期间实时对泄漏严重程度分级,进行泄漏成本分析和局部放电模式分析。一旦完成检查,检测人员仅需连接至Wi-Fi网络,将图像自动上传至FLIR Acoustic Camera Viewer云服务,以便执行进一步分析。先进的人工智能服务协助用户计算由压缩空气或真空泄漏引起的预计年度能源费用支出和确定局部放电设备是否需要维修或更换,还可以用于创建报告,以便与维护团队或客户共享。

 


声学成像可以检测到超声波的能力,已成为公用事业组织、工业制造等行业用于确定是否存在局部放电以及压缩空气泄漏的有效方法。