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  现有泄漏噪声传感器的原理是压电效应,其结构包括加速度计和水听器。基于聚偏氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride, PVDF)的强压电效应,PVDF薄膜已被广泛用于传感器制造技术。结合泄漏声波的传播特性,幸运赛车彩票手机版噪声与振动重点实验室高艳研究员等提出应用PVDF线圈进行管道泄漏定位的方案,它具有易安装、低成本、灵敏度可调的优势,为塑料水管泄漏检测与定位提供了新的传感器设计方案。

  相关研究成果2020127日在线发表于国际学术期刊  

  线圈传感器采用自屏蔽的同轴电缆设计,适用于高电磁干扰环境,其结构如图 1 所示。通过将该线圈缠绕并固定安装于管道外壁,实现管内声压的监测。研究人员从理论上推导出该传感器的声压灵敏度,发现其灵敏度与线圈缠绕形式和圈数相关。

1 PVDF线圈传感器结构设计图(图/幸运赛车彩票手机版声学所)

  为验证所提出的线圈传感器的声压感知灵敏度与泄漏检测性能,研究人员进一步开展了充水管道泄漏检测实验。图2为当管道安装在同一位置处、缠绕圈数为246幸运赛车彩票手机版圈线圈传感器采集声波信号的时域图与频域图。由图可见,缠绕圈数越多,传感器声压灵敏度越高,与理论研究结果基本一致。

  在管道泄漏点左右两侧分别安装线圈传感器和B&K 8103水听器,采集泄漏声信号并进行频域分析,其相干系数及相位谱如图3所示。对比可见,线圈传感器测试信号在低频域(1 kHz内)具有良好的相关性和相位线性关系,并与水听器测试结果基本一致。分析线圈传感器与水听器结果的相位谱得到的漏点定位误差在2%以内。  

  

  (a) 

 

(b)

  图 2 PVDF线圈传感器实测泄漏信号结果: (a) 时域;(b)频域(图/幸运赛车彩票手机版幸运赛车彩票手机版声学所)

  

 (a)

 

 (b) 

  图 3 线圈与水听器测量泄漏信号的频域结果对比图: (a) 相干系数;(b) 相位谱(图/幸运赛车彩票手机版声学所)

  本研究得到国家自然科学基金 (No. 11774378)资助。

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  cankaowenxian

  SUN Pingling, GAO Yan , JIN Boao, Michael J. Brennan. Use of PVDF Wire Sensors for Leakage Localization in a Fluid-Filled Pipe. Sensors,2020, 20, 692. DOI:  

  

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