气体泄漏检测与局部放电检测的原理、实测与选型

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声学成像仪技术解析
FOTRIC AC60 系列

气体泄漏检测与局部放电检测的原理、实测与选型

面向化工 · 石化 · 电力行业设备管理与仪表工程师

导读超声波泄漏与放电信号人耳不可闻，传统巡检依赖听棒与经验，漏检率高。声学成像仪通过 MEMS 麦克风阵列对声场进行空间采样，用波束成形算法反演出声源方位，将超声波实时渲染成彩色声像图并叠加在可见光画面上。本文以 FOTRIC AC60 系列手持式声学成像仪为例，解析其技术原理、气体泄漏检测与局部放电检测的工程实现、实测能力边界与选型要点。

一、背景：化工企业为什么需要声学成像仪

化工装置的压缩空气、氮气、蒸汽系统长年带压运行，泄漏点分散在管廊、阀门、法兰之间，靠人工听漏既慢又容易漏检；电气侧的绝缘子、套管、开关柜发生局部放电时，早期超声信号微弱且转瞬即逝，等出现可见痕迹往往已临近故障。气体泄漏检测和局部放电检测因此成为设备完整性管理与状态检修的两大高频需求。

声学成像仪的价值在于非接触、远距离、可视化：检测人员不需要逐点贴近排查，抬手扫描即可在大范围内同时"看到"多个泄漏或放电点位，将被动排查变为主动扫查。

二、工作原理：从超声波到可视化图像

声学成像仪的核心是传声器阵列 + 波束成形，工作过程分三步：

第一步，空间采样。AC60 系列在约 14×13.5cm 的螺旋阵列板上布置 112–162 个 MEMS 数字麦克风（按型号递增），以 200kHz 采样率同步采集各通道信号；

第二步，波束成形。算法对各通道信号做时延补偿与加权叠加，计算声波从不同方向到达的能量分布，生成声场强度图；

第三步，声像叠加。声场图映射为伪彩色云图，与 1300 万像素工业相机的可见光画面实时叠加，声源位置直接标注在屏幕图像上。

2kHz–100kHz 的宽频响应覆盖了气体泄漏的主要超声频段与局放超声特征频段；0.3–200 米的工作距离使高压带电设备的远距离安全检测成为可能。针对化工现场背景噪声复杂的痛点，设备提供声像聚焦（空间滤波，抑制目标区域外噪声）与声像延时（记录间歇性泄漏、偶发放电）两个关键功能。

三、气体泄漏检测：实测能力数据

气体从孔洞喷出时因节流产生湍流，其超声能量集中于 25–45kHz 附近。AC60 系列在本机即可自动评估泄漏量、泄漏等级与年度经济损失，实测数据显示其微小泄漏检出能力如下：

表 1　微小泄漏检出能力实测

图 1　气瓶泄漏检测实拍：声像叠加，自动标注泄漏等级、泄漏量与年度成本

可检测介质覆盖压缩空气、氮气、真空负压系统及多种工业气体，典型应用包括煤气管道、氢气加压泵、六氟化硫 SF6、乙炔气瓶的泄漏排查。

四、局部放电检测：三类放电的超声特征与智能判型

局部放电的超声信号同样落在阵列的可测频段内。AC60 系列内置局放模式，本机显示 PRPD 图谱并适配 50/60Hz 电网频率，可自动诊断三类典型放电：

l悬浮放电：电位悬浮部件引起的间歇性放电；

l  电晕放电：电极周围空气电离，信号连续稳定；

l  沿面放电：绝缘子、套管表面沿介质界面发展的放电。

判型结果帮助巡检人员快速判断故障性质与处理优先级，避免"一刀切"停电检修。

图 2　变电站电晕放电检测实拍：放电点位与声像叠加显示

五、选型要点与核心参数

AC60 系列在售三款共用同一成像平台，差异集中在阵列密度——通道数越多，可捕捉的声音细节越丰富，微弱信号越不容易被漏掉：

表 2　三款型号选型对比

其他关键参数：声像图视场角 66°×52°，声学刷新率 25Hz，测量点 2 个，存储 32GB（JPG/MP4），支持 WiFi/USB，配 AnalyzIR 专业分析软件可批量生成检测报告；整机 IP54 防护、2 米抗跌落，5 英寸触摸屏单手操作。

图 3　多气体泄漏检测实拍合集

六、适用边界与使用建议

声学成像仪擅长开放空间内的泄漏与放电定位，但使用时应注意其边界：强风、雨雪会在超声频段引入干扰噪声，户外使用宜避开大风天气或采用声像聚焦抑制背景；密闭管道内壁腐蚀、需要接触式测量的机械故障诊断，仍需超声测厚、振动分析等手段配合；防爆区域使用前应确认设备的防爆资质与现场准入要求。

总体而言，对以"早发现、准定位、留证据"为目标的化工企业巡检体系而言，声学成像仪把超声波检测从点式仪器升级为成像化工具，与红外热像、振动检测互补，构成更完整的预测性维护手段组合。

供稿：上海神洲联测实业有限公司