[发明专利]使用声共振频谱检测物品的结构变化

说明书

描述了利用适用于具有需要远离设定点定位然后返回原始位置的内部部件或外部部件的任何机械设备或结构的声共振频谱的装置和方法，所述机械设备或结构例如打开以使流体通过然后关闭的阀，所述装置和方法用于非侵入性地提供偏离原始位置的测量，并用于对外部看起来相同但可能有轻微外部或内部差异的物体分类或分组，所述物体例如填充有不同流体或材料的密封容器。

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年4月24日提交的美国临时专利申请号为63/015,283的“LeakageDetection In Valves By Ultrasonic Resonance”的权益，该申请所教导和公开的全部内容在此具体通过引用并入本文。

背景技术

具有需要远离设定点定位然后返回其原始位置的内部或外部部件的机械设备或结构很常见，如由于制造或假冒而导致与已知物品有偏差或变化的情况。作为前一种情况的示例，当发生泄漏时，控制挥发性气体(如天然气或其他可燃介质)或腐蚀性或反应性流体的阀可能会对安全产生巨大影响。

尽管阀泄漏的重点通常是减少昂贵产品的损耗或减轻环境污染，但当考虑到工业过程中的泄漏时，产品本身通常既不昂贵也不危险，产品例如是水。实际上，在大多数控制应用中，容许少量阀泄漏，而对于截止阀，最少量的不想要的工艺介质泄漏都可能会导致严重损坏。通常使用流量计来监测阀座泄漏，但并不十分可靠，并且无法检测到由于阀的不正确座合(seat)而导致的小泄漏。

事实上，历史上最大的工业灾难被怀疑是由于水阀故障而发生的。1984年在印度博帕尔发生的博帕尔天然气悲剧造成数千人死亡，当时由于缺乏日常维护，导致一吨水流入装有40吨有毒甲基异氰酸酯的储罐。高度放热反应通过二氧化碳的形成对储罐加压，并将未反应的甲基异氰酸酯释放到工厂和周围城镇。另一个众所周知的灾难是2010年英国石油公司深水地平线漏油事件，这也被认为是两个用于阻止石油和天然气流动的阀发生故障的结果。

除了安全问题外，阀泄漏还会导致能量浪费和其他操作损失。例如，此类泄漏可能导致系统压力下降，导致气动工具工作效率降低，从而对生产造成负面影响。如果在发电厂中使用流体来传递能量，能量会通过泄漏散失到大气中，这每年会浪费大量能量。

发明内容

根据本发明的目的，如本文所体现和广泛描述的，一种用于确定当阀处于关闭状态时流体是否通过阀座泄漏的装置的实施方式包括：阀，所述阀包括阀座、用于与所述阀座形成流体密封的阀盘或阀塞、用于将所述阀盘或阀塞驱动至所述阀座的阀杆、以及具有外表面的阀主体；声发射换能器，所述声发射换能器设置成与所述阀的外表面振动接触，以在被选定的电压信号激励时在所述阀主体中产生振动；声接收器，所述声接收器设置成与所述阀的外表面振动接触，以接收在所述阀主体中引起的振动，并将接收到的振动转换为电压；扫频发生器，所述扫频发生器与所述声发射换能器电通信，以产生选定的激励电压信号，所述选定的激励电压信号具有在其选择的频率范围内的频率；窄带带通跟踪滤波器，所述窄带带通跟踪滤波器具有跟踪所述扫频发生器产生的所述选择的频率范围内的频率的中心频率并且具有选定的频率带宽，以接收来自所述声接收器的电压并对所述电压进行滤波；以及微控制器，所述微控制器用于控制所述扫频发生器和所述带通跟踪滤波器，存储来自所述带通跟踪滤波器的滤波后的电压，生成所述阀在所述关闭状态下的至少两个声共振频谱，以及比较所生成的至少两个声共振频谱以确定两者之间是否存在差异。