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引言

钢铁厂内使用着多种气体，包含压缩空气、蒸汽、燃料气体等，铺设了大量的输送管道。这些输送管道可能因长期老化或设计施工问题，容易产生孔洞、裂缝和间隙，导致管道内部气体泄漏到大气中（以下简称“泄漏”）。突发泄漏不仅会造成能源损耗，还会降低设备利用率，因此及时发现管道泄漏并准确定位进行修复至关重要。

JFE公司已推出一款采用 “超声波波束成形法”的气体泄漏可视化设备“气体泄漏检测仪 MK-750ST”（以下简称 “MK-750ST”）。该设备能从较大范围检测泄漏并精确定位具体位置。此外 ，JFE还成功研发出搭载新功能的高端机型“气体泄漏及漏电检测仪MK-770”（以下简称“MK-770”），本文将对相关技术特性进行详细介绍。

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超声波波束成形法

2.1利用超声波的泄漏检测

在泄漏检测技术中，超声波检测法是一种常用方法。当管道等部位发生泄漏时，湍流会产生包含超声波的喷射声（图1），即使泄漏量微小到人耳难以察觉，仍会产生超声波。通过超声波传感器捕捉这些微弱信号，就能实现无接触检测，且不受气体种类限制。

应用该技术的“气体泄漏检测仪MK-730Air”（图1），其通过抛物面反射器收集超声波，检测是否存在泄漏。但该产品需扫描管道才能确定泄漏位置，耗时较长。

为解决这一问题，应用了“超声波波束赋形法”，该技术通过部署多个超声波传感器，实现大范围同步探测，精准定位泄漏源所在位置。借助这项技术，能大幅缩短定位泄漏点所需的时间。

2.2 超声波波束成形法的原理

超声波波束成形法通过任意配置的多个超声波传感器接收来自泄漏源的超声波。

如图2所示，传感器面与超声波到达面形成的角度θ，与从传感器面观察到的超声波源方位角θ相同。相邻超声波传感器之间以间隔d相隔时，假设声速为c，超声波到达的时间差Δt可通过公式（1）表示。

Δt=(dsinθ)/c  （1）

由于音速c和传感器间隔d为定值，到达时间差Δt由声源方位角θ决定。通过调整该到达时间差Δt，叠加各超声波传感器的接收波形，可使多个超声波传感器整体形成在θ方向具有锐指向性的虚拟传感器，从而获得θ方向的声压分布。这种利用多个超声波传感器构建高指向性虚拟超声波传感器的方法，称为超声波波束成形法。

图2中传感器为一维配置，而MK-770采用二维传感器配置，能够获取探索范围内各方位声压的二维分布（以下简称“声压图”）。

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MK-770的特点

3.1 MK-770的概要

JFE于2016年全球首发便携式气体泄漏可视化装置“气体泄漏观测仪MK-750”。此后，基于MK-750积累的技术经验及用户反馈，于2021年2月推出“MK-750ST”升级版，通过提升可视性、进一步实现紧凑化设计并优化操作性。此外，该公司还开发了在保留MK-750ST外形与核心功能基础上，新增多项实用功能的改良机型“MK-770”，图3为MK-770外观与检测案例。

3.2 MK-770的新增功能

3.2.1声源自动判别功能

在大量使用气动设备的工厂中，超声波随处产生，其背景噪声有时会干扰MK-750ST的画面显示。为解决这一问题，公司开发了独特的算法，能自动识别是否存在声源。只有当检测到声源时，才会在屏幕上显示提示信息。

3.2.2视频拍摄功能

新增视频记录功能，可记录间歇运行设备、长运行周期设备等难以通过静态画面把握的场景。后文所述的局部放电现象为间歇性现象，利用视频记录功能可更便捷地实现信息共享。

3.2.3节能效果计算功能

基于漏损量，新增了计算年度预估损失成本的功能，用户只需输入原单价和设备运行时间，并在测量界面设置目标距离，即可完成计算。该功能的加入使损失成本的核算更加清晰直观。

3.2.4局部放电检测功能

高压电气设备绝缘劣化时产生的局部放电之一：空气中放电（电晕放电），与气体泄漏时类似，会产生数万Hz的超声波。但局部放电是随交流电源电压周期发生的间歇性现象，导致超声波间歇出现。因此，MK-750ST虽然可以检测放电，但可能因采样时间问题导致漏检。

为确保准确检测局部放电现象，JFE公司在考虑交流电源周期（日本东部地区电源频率为50Hz，周期为20ms）及放电发生时间波动（4ms）的基础上，将采样时间调整为24ms，提升了检测性能。此外，新增了实时频率分析功能，可对检测到的超声波进行频率解析，并显示由放电现象产生的频率成分比例，使系统能准确判断超声波是否源自放电现象，图4为局部放电检测案例。

将这些改良应用于变电站设备的定期检查，可确认是否存在绝缘劣化引发的放电现象，推动高效的设备维护工作。

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结语

本文介绍了“气体泄漏检测仪系列”的最新机型MK-770的情况及新增功能。该设备有望在生态保护和节能活动中得到广泛应用。