基于被动声发射传感技术的原位在线清洗过程监测研究

本研究针对清洁到位系统在工业卫生管理中的监测需求，创新性地采用被动声发射传感技术，通过构建垂直管道实验装置模拟结垢与清洗过程，结合时域、频域及功率谱密度分析，实现了对清洗效果的实时、非侵入式评估。结果表明，该技术可灵敏捕捉结垢厚度、流体动力学变化及泡沫形成等关键参数，为流程工业的清洁验证提供了新方法，相关成果发表于《Sensors and Actuators A: Physical》。

　　

在食品、制药等高标准卫生要求的工业领域，设备管道的清洁效果直接关系到产品质量安全与生产效能。清洁到位系统通过自动化循环清洗流程，显著减少了人工干预带来的误差与交叉污染风险。然而，传统清洗效果验证多依赖离线采样或间接参数监测，难以实现过程动态追踪，且易造成生产中断。如何实现高效、精准的原位清洗监测，成为行业优化资源配置、提升可持续性的关键挑战。

发表于《Sensors and Actuators A: Physical》的这项研究，提出了一种基于被动声发射传感技术的原位监测方案。该技术通过捕捉清洗过程中流体与管壁相互作用产生的声学信号，结合多维度数据分析，实现了对结垢清除状态的实时反馈。研究团队通过系统实验与信号解析，验证了该技术在识别结垢厚度、流体动力学特性及清洗剂作用机制方面的灵敏度，为工业清洁过程的智能化管控提供了新思路。

关键技术方法

研究构建了内径75 mm、总长1890 mm的垂直管道实验装置，通过葡萄糖溶液模拟结垢，并控制清洗流体流量。采用VS900-M压电式声发射传感器采集声学信号，信号经AEP5H前置放大器和DCPL2解耦单元处理，由PicoScope 5000系列示波器记录。数据分析涵盖时域波形、快速傅里叶变换频域谱及功率谱密度，重点考察了葡萄糖浓度、清洗流量及表面活性剂对声学特征的影响。

研究结果

1. 材料与方法

实验通过对比不同葡萄糖浓度与清洗流量下的声学响应，发现高浓度结垢导致信号衰减，而增加流量可加速清洗进程。传感器在液体流经时记录动态过渡阶段与伪稳态信号，为清洗状态判定提供依据。

2. 结果

时域分析显示，随着清洗周期增加，信号波形逐渐接近清洁管道参考状态。高葡萄糖浓度显著抑制声学信号强度，而流量提升至3150 L/hr可增强机械清洗作用。频域分析中，功率谱密度在第三至第四清洗周期后与参考谱高度重合，表明清洗已趋完善。表面活性剂的引入导致泡沫生成，其声学阻尼效应在功率谱中表现为能量分布变化，进一步验证了技术对复杂流体环境的适应性。

结论与意义

本研究证实被动声发射传感技术能够实时反映清洁到位系统的清洗效能，通过声学信号特征变化精准识别结垢清除状态。该技术为非侵入式过程监测提供了新工具，尤其适用于卫生敏感型工业的清洁验证场景。其与实时数据处理系统的兼容性，为未来清洁过程的动态优化与资源节约提供了技术支撑，有望推动工业清洁管理向智能化、精细化方向发展。