無損探傷技術(shù)在拖曳聲納測試中的應(yīng)用

【摘 ?要】拖曳聲納在執(zhí)行任務(wù)期間需要經(jīng)常收放拖體，在拖體收放過程中船體和收放裝置會對拖曳聲納的拖纜造成磨損，另外海水也會銹蝕部分的拖纜。如果不能及時掌握拖纜磨損、銹蝕、斷絲等缺陷的程度導(dǎo)致拖纜斷裂，很可能危及操作人員和裝備的安全。針對拖曳聲納拖纜缺陷檢測的問題，本文提出利用永磁、漏磁原理檢測拖纜的斷絲、跳絲、變形、磨損和銹蝕等缺陷的無損探傷方法。主要的內(nèi)容包括：應(yīng)用背景、工作原理、系統(tǒng)組成、數(shù)據(jù)分析等內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】拖曳聲納;霍爾元件;漏磁場;磁通回路

1.前言

聲納是利用聲波在水中傳送的特性，通過電聲轉(zhuǎn)換和信息處理，完成水下探測和通訊任務(wù)的電子裝備。第二次世界大戰(zhàn)后，由于潛艇水下活動能力的增強，聲納技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，除了傳統(tǒng)的艦殼聲納外，又出現(xiàn)了吊放聲納、浮標聲納和拖曳聲納等新型聲納。拖曳聲納的換能器基陣安裝在流線型的拖體內(nèi)，用拖纜將拖體拖曳在艦尾后方的水中，通過調(diào)節(jié)拖纜控制拖體。收放拖體的過程中，拖纜承受以噸計的拉力，而且拖纜越長，拖速越高，拉力就越大。如不能對拖纜的磨損、銹蝕、斷絲等缺陷進行檢測和損傷評估，很可能導(dǎo)致拖纜斷裂的事故發(fā)生。

基于此，本文提出了利用永磁、漏磁原理檢測拖纜的斷絲、跳絲、變形、磨損和銹蝕等缺陷的無損探傷方法，并簡述了系統(tǒng)的原理、組成、實現(xiàn)及功能。

2.無損探傷技術(shù)原理

無損探傷儀是利用永磁部件將金屬拖纜環(huán)形包圍在其中心部位，在拖纜快速通過時瞬間將通過段的拖纜磁化到飽和狀態(tài)，此時傳感部件與拖纜產(chǎn)生有序穩(wěn)定的磁場。一旦拖纜內(nèi)外部有缺陷損傷變化（局部損傷、金屬橫截面積變化）時，其穩(wěn)定的磁場產(chǎn)生向外擴散的漏磁場。利用磁敏元件獲取漏磁場信號，再通過信號調(diào)理和模數(shù)轉(zhuǎn)換后，將壓縮后的數(shù)字信號傳輸給計算機進行數(shù)據(jù)處理，最終獲得缺陷的位置和缺陷的特征參數(shù)。

3.無損探傷系統(tǒng)方案

無損探傷系統(tǒng)由探傷傳感器、實時報警器、加固計算機和檢測軟件組成。

3.1探傷儀傳感器

探傷儀傳感器是采用永磁、漏磁原理，設(shè)計了一款圓形結(jié)構(gòu)、周向環(huán)繞、軸向磁化的傳感探頭，能精確快速的測量拖纜的斷絲、跳絲、銹蝕和磨損等缺陷以及缺陷的位置。探傷儀傳感器主要的部件包括永久磁鐵、霍爾元件、導(dǎo)套和光電導(dǎo)輪。永久磁鐵用于對拖纜的快速磁化，霍爾元件主要作用是感應(yīng)拖纜的漏磁場，導(dǎo)套主要的作用是引導(dǎo)拖纜從探傷傳感器平穩(wěn)通過，光電導(dǎo)輪用于測量拖纜的長度和缺陷的位置。

3.2實時報警器

實時報警器由嵌入式計算機、數(shù)據(jù)采集模塊、信號調(diào)理模塊、通信模塊和接口模塊組成。數(shù)據(jù)采集模塊具備16路數(shù)據(jù)采集通道，每通道的分辨率為14bit，單通道采樣率最高可達1MS/s，保證了測試的準確性和效率。探傷傳感器感應(yīng)到的磁路信號經(jīng)信號調(diào)理后，由數(shù)據(jù)采集模塊進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并傳輸給嵌入式計算機，經(jīng)數(shù)據(jù)處理和壓縮后通過通信模塊傳輸給加固計算機。

3.3加固計算機

加固計算機上運行檢測軟件，對接收到的數(shù)據(jù)解壓和數(shù)據(jù)處理后，以報表的形式輸出檢測結(jié)果。

4.拖曳聲納拖纜測試方案

4.1設(shè)備布置

首先在被測拖纜處于靜止狀態(tài)下，將探傷傳感器安裝在被測拖纜上;使用通信線纜將探傷傳感器、實時報警器和加固計算機連接在一起。設(shè)備安裝完成后，打開實時報警器和加固計算機的電源，運行檢測軟件完成整套系統(tǒng)的自檢。

4.2數(shù)據(jù)采集

檢測前對檢測軟件的拖纜屬性、檢測儀器屬性、LF分析參數(shù)（局部缺陷分析參數(shù)）、LMA分析參數(shù)（金屬橫截面損失分析參數(shù)）、報警閾值等進行設(shè)置。運行測試程序，并操作收放裝置使拖纜從探傷儀的中心通過，開始拖纜的數(shù)據(jù)采集直至測試結(jié)束。

4.3數(shù)據(jù)分析

無損探傷儀完成數(shù)據(jù)采集后可提供兩種數(shù)據(jù)分析模式，分別是局部損傷分析和金屬橫截面積變化分析。局部損傷分析針對拖纜的斷絲、跳絲、變形等缺陷進行定性和定量分析。金屬橫截面積變化分析是針對拖纜的磨損、銹蝕等連續(xù)缺陷進行定性和定量分析。

5.結(jié)束語

目前拖曳聲納使用的這種粗直徑的金屬拖纜，僅以目測、尺量的簡單方法很難檢查到拖纜內(nèi)部的缺陷，同時市場上普通探傷儀難以深度磁化粗直徑的金屬拖纜，另外探傷傳感器的設(shè)計不夠完善，以致無法準確檢測粗直徑拖纜的內(nèi)外部缺陷。

本系統(tǒng)采用永磁、漏磁的檢測方法，運用高精度數(shù)據(jù)采集技術(shù)，結(jié)合基于人工神經(jīng)網(wǎng)識別和小波變換分析的數(shù)據(jù)分析算法，確保能夠準確的完成拖纜的內(nèi)外部缺陷檢測。探傷傳感器采用圓形設(shè)計，可360度軸向環(huán)形磁化，能瞬間將拖纜磁化達到飽和狀態(tài)。同時傳感器采用密集型磁敏元件，小夾角布置無死角，保證了無漏檢以及檢測的可靠性。實時報警器的數(shù)據(jù)采集多通道每秒可達5000次，拖纜最快檢測速度為13m/s，從而保證了檢測的效率。整套系統(tǒng)局部缺陷的定性檢測準確率不小于98%，斷絲定量檢測準確率不小于95%，金屬橫截面積損失檢測準確度為±0.05%。目前該系統(tǒng)已應(yīng)用于我國新研某型號聲納項目中，為其日常檢測和維護提供了有力的保障。

作者簡介：

李峰綱，1979年7月出生，男，漢族，陜西西安人，現(xiàn)為西安泛華科技開發(fā)有限公司研發(fā)部經(jīng)理。

（作者單位：西安泛華科技開發(fā)有限公司）