金属零件在机械设备中跌落后的定位方法

    一些重要的大型设备结构复杂,如核电站的反应堆压力容器和蒸汽发生器等,有很多联接件(如螺栓、螺钉、螺母).尽管采用了很好的防松技术,仍不可避免地出现联接件的松脱.这些跌落零件可能会使机械设备发生故障和出现危险.为此要及时地探测出跌落零件的位置,以提供准确的诊断信息.

    跌落零件定位主要基于以下假设:¹碰撞波主要沿着容器的壁传播;º在相同厚度的材料中,单一频率的碰撞波具有同样的传播速度和幅度衰减常数.

    国外许多学者对跌落零件的定位方法进行研究,发展了多种定位方法.最早采用的是三角形定位法,它是通过测量碰撞冲击波信号到达三个成三角形布置的传感器的时间延迟,再分别以传感器位置为双曲线的焦点,用相应的时间延迟来计算双曲线的焦距,得到两组不同的双曲线方程,解出交点坐标,即是跌落零件的位置[1].经验表明,当碰撞点在三个传感器包围的区域内时,可得到唯一的精确解,否则会出现两个解.为此,发展了四个传感器定位法.为了对跌落零件实施连续的在线地监测,在具体运用该方法时,并不直接进行以双曲线方程求解,而采用“网定位法”.网格定位法分两步进行:首先,在跌落零件监测系统运行前,根据四个传感器的位置及碰撞冲击信号的传播速度等参数,把跌落零件监测区分成许多小区;计算在任意小区出现跌落零件碰撞时,信号到达每对传感器的时间差并制成表格,且把表格存入跌落零件监测系统的硬盘内.第二步是在系统投入运行后,根据传感器实际接受到的碰撞信号到达时间,计算出到达各对传感器的时间差,与运行前所制表格进行比较,从而确定跌落零件位置[2].

      由理论可知,要提高四个传感器的定位精度,必须首先确定某一形式的波形到达各传感器的时间,因此测量工作非常困难,为了解决这一问题,出现了双传感定位法.双传感器定位法又称为圆相交定位法,该方法不用根据两个传感器接收信号的时间差所导出的传感器与碰撞点的距离差,而是用两个传感器离碰撞点的绝对距离来定位[1～3].在强大的背景噪声中要测出传感器接收到两种不同形式的冲击波的到达时间也是非常困难的.一般来说,时间延迟的测量要比信号幅值的测量困难得多,所以又发展了峰值定位法.传感器所检测到的信号峰值随冲击波的传播路径衰减的特性可用于确定跌落零件的位置[1].该方法取决于碰撞冲击波沿传播路径的衰减系数K,而K与板厚度有关.一般是通过冲击试验先期确定K,此衰减系数K会与实际传播路径的衰减系数有较大的差异.尽管此方法选用测量幅值来提高精度,但K的实际值很难与预先确定的值一致,效果并不理想.定位面临时间延迟估计和定位算法两个基本问题.本文围绕这两个基本问题对跌落零件定位进行了研究,分别比较了两种时间延迟估计方法及两种定位方法,指出了存在的问题及改进途径.