声学成像技术在气体泄漏与局部放电检测中的应用

引言

在石化、电力、冶金及一般工业企业的运行现场，压缩空气泄漏、阀门内漏与电气设备局部放电（局放）等问题普遍存在。这类故障源往往发出频率高于20kHz的超声波，超出人耳听觉范围，传统听针、超声笔式探测器依赖人工逐点排查，效率低，且在高压、高温、高空等复杂环境中存在安全风险。

近年来，基于麦克风阵列的声学成像（Acoustic Imaging）技术逐步在工业检测领域得到应用。该技术将人耳不可闻的超声信号转换为可视化的彩色声像图，并叠加在可见光画面上，使操作人员能够直观地看到声源位置。本文以FOTRIC AC68/AC67+手持声像仪为对象，介绍其技术原理、系统构成、主要参数与典型应用，供相关工程技术人员参考。

一、技术原理：从超声波到可见声像

声学成像仪的核心是传声器阵列波束形成（Beamforming）技术。设备正面布置由数十至上百个MEMS（微机电）麦克风组成的二维阵列，各麦克风以固定间距同步采集声场信号。处理单元对各通道信号进行时延补偿与加权叠加：当阵列对准某一方向时，来自该方向的声波同相叠加、能量增强，来自其他方向的声波则相互抵消。通过逐方向扫描计算，即可获得整个空间的声强分布图。

处理结果以伪彩色云图形式呈现，并与摄像头可见光画面融合显示：声强高的区域颜色醒目，泄漏点或放电点在图像上一目了然。操作者无需接近可疑部位，即可在屏幕上直接读取声源方位与相对强度。

气体泄漏、局部放电、轴承干摩擦等故障源产生的超声信号频率范围各有不同。FOTRIC AC68/AC67+的工作频段覆盖2kHz~100kHz：较低频段适合远距离漏点定位与中频机械异响分析，较高频段（40kHz以上）则用于抑制现场风机、蒸汽等背景噪声，提高强噪声环境下的信噪比。

二、系统构成与关键技术

（一）高密度MEMS麦克风阵列

AC68搭载345通道MEMS麦克风阵列，AC67+为234通道。在同等阵列尺寸下，通道数越多，波束形成的空间分辨率越高，对相邻多个声源的分辨能力越强，也更利于远距离小目标成像。MEMS麦克风一致性好、温漂小，适合户外长时间连续测量。

（二）远距离非接触检测

依靠阵列增益，该系列产品可实现0.3~300m范围内的声源定位（AC68，AC67+为0.3~250m）。对架空输电线路、高落差管廊、大型储罐等人员难以抵达的部位，可在地面或安全区域内完成远距检测，减少登高与带电作业风险。依据测试条件（0.1MPa压力、距离3.1m），设备可检出0.01L/min量级的微小泄漏。

图1 现场手持检测：配电柜局放与管网泄漏排查

（三）AI智能诊断算法

设备内置的AI算法对采集到的超声信号进行特征提取与分类：在局放检测中，可自动识别悬浮电位、电晕、沿面放电等常见放电类型，辅助判断缺陷性质与严重程度；在气体泄漏检测中，可估算泄漏速率，并结合介质单价折算年度经济损失，为节能改造立项提供量化依据。诊断结果内置评分模型，降低了对操作者个人经验的依赖，利于检测结果的一致性与可复核性。

图2 局部放电检测的声像图与AI诊断界面

（四）数智化巡检支持

AC68/AC67+可配合FOTRIC NaviPdM慧巡检平台使用：现场扫码关联设备台账，检测数据自动绑定资产档案，巡检任务在线派发与追踪，检测报告可在设备端一键生成（Word/PDF格式），实现从"发现隐患—记录归档—生成报告—整改闭环"的全流程数字化管理。

三、主要技术参数

下表列出两型号的主要参数差异（依据FOTRIC公开资料整理）：

表1 FOTRIC AC68 / AC67+ 主要技术参数

四、典型应用场景

电力行业：变电站与配电房内的GIS、开关柜、套管、绝缘子等设备开展局放带电普查，配合红外热像检测实现"声热"互补；输电线路巡检中远距排查导线电晕与绝缘子放电。

石化与冶金：压缩空气、氮气、蒸汽系统泄漏排查，真空系统与储罐密封性检查，阀门内漏定位，为企业节能降耗与VOCs管控提供数据支撑。

设备管理与节能服务：以压缩空气系统为例，泄漏损耗通常占产气量的相当比例，借助声像仪定期普查、复测整改，可建立泄漏台账并量化节能收益；检测报告可直接用于能耗对标与改造立项。

图3 NaviPdM慧巡检平台：扫码建档与报告一键生成

五、应用要点与选型建议

结合工程实践，使用声像仪开展检测时建议关注以下要点：

1.  背景噪声控制：强超声噪声环境（如空压站房内）应选用设备高频段并结合风向、距离调整测点，必要时遮挡主要干扰源；

2.  测量条件记录：泄漏量与损失评估结果依赖压力、介质、距离等输入条件，检测时应完整记录工况，保证数据可比；

3. 复核确认：声像图给出可疑点方位后，宜结合超声探头接触测量、红外测温等手段复核，再行检修决策；

4.  选型考虑：检测距离要求远、需分辨近距离多声源的场景，可选通道数更高的AC68；常规厂区普查与预算受限场景，AC67+可满足多数任务需求。

六、结语

声学成像技术将"听不见"的超声故障信息转化为"看得见"的直观图像，配合AI诊断与数字化巡检平台，使气体泄漏与局部放电检测的效率、安全性及结果可追溯性均得到明显改善。FOTRIC AC68/AC67+作为该技术路线的手持化产品，为工业企业的预测性维护与节能管理提供了一种可落地的工具选择。具体检测能力以制造商公布的技术条件为准，应用前建议结合现场工况开展验证。