專利名稱：一種線陣型超聲波泄漏檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線陣型超聲波泄漏檢測裝置及方法，屬于氣體泄漏檢測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，工業(yè)中和生活中均大量用到用于儲存和輸送壓縮氣體的壓力容器，如氣缸，氣罐，煤氣管道等由于各種原因，容器會產(chǎn)生漏孔從而發(fā)生氣體泄漏。據(jù)估計，工業(yè)中的壓縮氣體由于泄漏而損失掉的平均占到40%左右。泄漏不但會造成能源的浪費，而且如果是有害氣體的話，還會對空氣造成污染。因此，準(zhǔn)確地判斷和定位產(chǎn)生泄漏的位置，對于提高 企業(yè)的生產(chǎn)效率和節(jié)約能源具有重大的意義。傳統(tǒng)的泄漏檢測方法，比如絕對壓力法、壓差法、氣泡法等，操作復(fù)雜并且對技術(shù)人員要求較高，而且不具有實時性?，F(xiàn)在工業(yè)中廣泛利用泄漏產(chǎn)生超聲波的原理來進(jìn)行泄漏檢測，但是現(xiàn)在的超聲波泄漏檢測儀一般都是手持式設(shè)計，需要人工在泄漏點附近測量，測量效率低，不利于自動化快速檢測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中操作復(fù)雜、對技術(shù)人員要求高、不具有實時性等問題，提出一種線陣型超聲波泄漏檢測裝置及方法，通過線陣型的超聲波陣列采集泄漏產(chǎn)生的超聲波信號，計算信號之間的相關(guān)性，引入數(shù)據(jù)融合的理論及方法，從而判斷泄漏是否存在以及確定泄漏的位置，用于檢測待測工件的氣密性，并在泄漏存在時對泄漏信息進(jìn)行分析處理，提供以下功能I)判斷是否存在泄漏；2)判斷泄漏的位置；3)估算泄漏孔徑的大小。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。本發(fā)明的一種線陣型超聲波泄漏檢測裝置，用于檢測氣體容器的氣密性，泄漏檢測裝置包括線陣型超聲波探頭陣列、超聲波信號放大濾波電路、數(shù)據(jù)采集卡和工控機(jī)，其連接關(guān)系為上述線陣型超聲波探頭陣列的數(shù)量為I個以上，每個陣列帶有4個超聲波探頭；上述超聲波信號放大濾波電路的數(shù)量為I個以上且其數(shù)量與線陣型超聲波探頭陣列的數(shù)量相同，每個電路可對4路超聲波信號進(jìn)行放大濾波處理；上述數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)量為I個以上且其數(shù)量與線陣型超聲波探頭陣列的數(shù)量相同，每個采集卡可對4路信號進(jìn)行同步采集，全部數(shù)據(jù)采集卡均為高速同步數(shù)據(jù)采集卡；上述的工控機(jī)的數(shù)量為I個；每個線陣型超聲波探頭陣列通過BNC接頭線纜與對應(yīng)超聲波信號放大濾波電路的輸入端相連，每個超聲波信號放大濾波電路的輸出端通過扁平線與對應(yīng)數(shù)據(jù)采集卡的輸入端相連，數(shù)據(jù)采集卡通過工控機(jī)機(jī)箱中的插槽固定在工控機(jī)上并未工控機(jī)提供采集到的數(shù)據(jù)；本發(fā)明的一種線陣型超聲波泄漏檢測裝置，其工控機(jī)中的軟件部分包括以下模塊系統(tǒng)初始化模塊、泄漏檢測模塊、泄漏定位模塊和泄漏孔徑估算模塊。初始化模塊用于配置數(shù)據(jù)采集卡、設(shè)定存儲路徑和參數(shù)的設(shè)置，完成裝置的初始化；泄漏檢測模塊用于判斷泄漏是否存在；泄漏定位模塊用于在泄漏存在的情況下確定泄漏的位置；泄漏孔徑估算模塊用于在泄漏存在的情況下估算泄漏控制的大小。本發(fā)明的一種線陣型超聲波泄漏檢測裝置，其實現(xiàn)泄漏檢測及定位、孔徑估算所采用的方法是將線陣型超聲波探頭陣列置于待測目標(biāo)前，在待測目標(biāo)充氣后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將各個通道采集的信號進(jìn)行相關(guān)性運算，將得到的相關(guān)性值通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變換成泄漏的概率，再通過證據(jù)理論的方法判定泄漏是否存在；在泄漏存在的情況下通過相關(guān)性數(shù)據(jù)的時差值進(jìn)行泄漏孔位置的判定；同時結(jié)合信號強度的對照表估算泄漏孔徑的大小。
本發(fā)明的一種線陣型超聲波泄漏檢測裝置，其工作過程為先運行系統(tǒng)初始化模塊，然后運行泄漏檢測模塊對待測目標(biāo)進(jìn)行泄漏檢測，在泄漏存在的情況下運行泄漏定位模塊和泄漏孔徑估算模塊，具體工作步驟為I)運行系統(tǒng)初始化模塊，包括以下內(nèi)容I. I設(shè)定最終用于保存檢測記錄的文件的存儲路徑；I. 2完成數(shù)據(jù)采集卡的初始化；I. 3設(shè)定泄漏概率的閾值和孔徑估算的對照表，此閾值和對照表根據(jù)以往的測試經(jīng)驗給出。2)運行泄漏檢測模塊，包括以下步驟2. I啟動數(shù)據(jù)采集卡并讀取數(shù)據(jù)采集卡采集到的數(shù)據(jù)；2. 2將數(shù)據(jù)采集卡采集到的各個數(shù)據(jù)每兩個都進(jìn)行相關(guān)運算，得到各個數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性數(shù)組；2. 3利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)步驟2. 2得到的相關(guān)性數(shù)組計算待測目標(biāo)的泄漏概率、未泄漏概率及不確定概率，每個相關(guān)性數(shù)組最后得到待測目標(biāo)的I組泄漏概率、未泄漏概率及不確定概率；2. 4將各個泄漏概率進(jìn)行基于證據(jù)理論的數(shù)據(jù)融合運算，得到融合后的泄漏概率；2. 5將融合后的泄漏概率與步驟I. 3設(shè)定的閾值比較，判斷是否有泄漏存在，分為下面兩種情況2. 5. I如果融合后的泄露泄漏概率低于閾值，則認(rèn)為沒有泄漏，在電腦顯示屏上顯示“無泄漏”，將檢測記錄按照步驟I. I設(shè)定的存儲路徑保存，并完成此次檢測過程；2. 5. 2如果有泄漏，則首先在電腦顯示屏上顯示“有泄漏”，并執(zhí)行下述步驟；3)運行泄漏定位模塊，包括以下步驟3. I根據(jù)步驟2. 2得到的相關(guān)性數(shù)組計算出泄漏聲源到達(dá)各個探頭的時差值；3. 2根據(jù)步驟2. I數(shù)據(jù)卡采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行功率譜換算，得到各個探頭的聲強；3. 3融合3. I的時差值和3. 2的聲強值，計算泄漏的位置；3. 4在電腦顯示屏上顯示泄漏位置；4)運行泄漏孔徑估算模塊，包括以下步驟
4. I將步驟3. 2得到的各探頭的聲強結(jié)合步驟I. 3設(shè)定的對照表，根據(jù)信號強度估算出泄漏孔徑的大??；4. 2在電腦顯示屏上顯示步驟4. I估算出的泄漏孔徑的大?。?)將檢測記錄按照步驟I. I設(shè)定的存儲路徑保存。有益效果本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，采用了工控機(jī)作為處理器，每個對外接口均采用了隔離的方式，所有芯片均采用了表貼元器件，集成度高、成本低、體積小、有較強的抗干擾能力和抗振能力，具有豐富的數(shù)據(jù)采集信號接口，可根據(jù)待測工件疑似泄漏位置的大小靈活調(diào)整探頭的數(shù)目，并可以根據(jù)現(xiàn)場需要進(jìn)行擴(kuò)展。本發(fā)明利用信號強度和信號相關(guān)性數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理，判斷出泄漏的位置和估算泄漏孔徑的大小，整個判斷、定位、估算過程時間低于2秒，具有精度高、效率高的特點，利于在生產(chǎn)線中進(jìn)行自動化測量。


圖I為本發(fā)明的硬件部分結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明的軟件部分初始化模塊流程圖；圖3為本發(fā)明的軟件部分泄漏檢測模塊流程圖；圖4為本發(fā)明的軟件部分泄漏定位模塊流程圖；圖5為本發(fā)明的軟件部分泄漏孔徑估算模塊流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實施例一種線陣型超聲波泄漏檢測裝置，用于輪轂焊縫氣密性檢測場合，泄漏檢測裝置包括線陣型超聲波探頭陣列、超聲波信號放大濾波電路、數(shù)據(jù)采集卡和工控機(jī)，其硬件部分結(jié)構(gòu)框圖如圖I所示，為線陣型超聲波探頭陣列通過BNC接頭線纜與超聲波信號放大濾波電路的輸入端相連，超聲波信號放大濾波電路的輸出端通過扁平線與數(shù)據(jù)采集卡相連，數(shù)據(jù)采集卡通過工控機(jī)機(jī)箱中的插槽固定在工控機(jī)上。上述線陣型超聲波探頭陣列的數(shù)量為I個，每個陣列帶有4個超聲波探頭；上述超聲波信號放大濾波電路的數(shù)量為I個，可對4路超聲波信號進(jìn)行放大濾波處理；上述數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)量為I個高速同步數(shù)據(jù)采集卡，可對4路信號進(jìn)行同步采集;上述的工控機(jī)的數(shù)量為I個；一種線陣型超聲波泄漏檢測裝置，其工控機(jī)中的軟件部分包括以下模塊系統(tǒng)初始化模塊、泄漏檢測模塊、泄漏定位模塊和泄漏孔徑估算模塊，其中初始化模塊用于系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)采集卡和存儲路徑，完成裝置的初始化，具體執(zhí)行過程如圖2所示；泄漏檢測模塊用于判斷泄漏是否存在，具體執(zhí)行過程如圖3所示；泄漏定位模塊用于在泄漏存在的情況下確定泄漏的位置，具體執(zhí)行過程如圖4所示；泄漏孔徑估算模塊用于在泄漏存在的情況下估算泄漏控制的大小，具體執(zhí)行過程如圖5所示。本發(fā)明實現(xiàn)泄漏檢測及定位、孔徑估算的方法是將線陣型超聲波探頭陣列置于待測目標(biāo)前，在待測目標(biāo)充氣后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將各個通道采集的信號進(jìn)行相關(guān)性運算，將得到的相關(guān)性值通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變換成泄漏的概率，再通過證據(jù)理論的方法判定泄漏是否存在；在泄漏存在的情況下通過相關(guān)性數(shù)據(jù)的時差值進(jìn)行泄漏孔位置的判定；同時結(jié)合信號強度的對照表估算泄漏孔徑的大小。一種線陣型超聲波泄漏檢測裝置，其工作過程為先運行系統(tǒng)初始化模塊，然后運行泄漏檢測模塊對待測目標(biāo)進(jìn)行泄漏檢測，在泄漏存在的情況下運行泄漏定位模塊和泄漏孔徑估算模塊，具體工作步驟為I)運行系統(tǒng)初始化模塊，包括以下內(nèi)容I. I設(shè)定最終用于保存檢測記錄的文件的存儲路徑；
I. 2完成數(shù)據(jù)采集卡的初始化；I. 3設(shè)定泄漏概率的閾值和孔徑估算的對照表，此閾值和對照表根據(jù)以往的測試經(jīng)驗給出。2)運行泄漏檢測模塊，包括以下步驟2. I啟動數(shù)據(jù)采集卡并讀取數(shù)據(jù)采集卡采集到的數(shù)據(jù)；2. 2將數(shù)據(jù)采集卡采集到的各個數(shù)據(jù)每兩個都進(jìn)行相關(guān)運算，得到各個數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性數(shù)組，共6組；2. 3利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)步驟2. 2得到的相關(guān)性數(shù)組計算待測目標(biāo)的泄漏概率、未泄漏概率及不確定概率，每個相關(guān)性數(shù)組最后得到待測目標(biāo)的I組泄漏概率、未泄漏概率及不確定概率；2. 4將各個泄漏概率進(jìn)行基于證據(jù)理論的數(shù)據(jù)融合運算，得到融合后的泄漏概率；2. 5將融合后的泄漏概率與閾值比較，發(fā)現(xiàn)概率大于泄漏閾值，判斷是泄漏存在，首先在電腦顯示屏上顯示“有泄漏”，并執(zhí)行下面的步驟3)和步驟4)；3)運行泄漏定位模塊，包括以下步驟3. I根據(jù)步驟2. 2得到的相關(guān)性數(shù)組計算出泄漏聲源到達(dá)各個探頭的時差值；3. 2根據(jù)步驟2. I數(shù)據(jù)卡采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行功率譜換算，得到各個探頭的聲強；3. 3融合3. I的時差值和3. 2的聲強值，計算出泄漏位置在離焊縫下邊緣143mm處；3. 4在電腦顯示屏上顯示泄漏位置為離焊縫下邊緣143mm ；4)運行泄漏孔徑估算模塊，包括以下步驟4. I將步驟3. 2得到的各探頭的聲強結(jié)合步驟I. 3設(shè)定的對照表，根據(jù)信號強度估算出泄漏孔徑的大小約為0. Imm ;；4. 2在電腦顯示屏上顯示步驟4. I估算出的泄漏孔徑的大小為0. Imm ；5)將檢測記錄按照步驟I. I設(shè)定的存儲路徑保存。本裝置技術(shù)特點I)結(jié)構(gòu)緊湊，成本低；2)可根據(jù)待測焊縫的長度進(jìn)行線陣型超聲波探頭的擴(kuò)展；
3)具有豐富的對外接口 ；4)裝置核心部分對外完全電氣隔離，提高了抗干擾性；5)裝置器件全部采用表貼元器件，提高了抗振性；6)利用信號強度和相關(guān)性進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，定位精度高；7)結(jié)合預(yù)先設(shè)定的對照表估算泄漏孔徑大小的方法精度高；8)可集成自動化測量，實現(xiàn)無人值守；9)測試時間短，檢測效率高。以上對本發(fā)明所提供的一種線陣型超聲波泄漏檢測裝置進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助 理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種線陣型超聲波泄漏檢測裝置，用于檢測氣體容器的氣密性，其特征在于，泄漏檢測裝置包括線陣型超聲波探頭陣列、超聲波信號放大濾波電路、數(shù)據(jù)采集卡和工控機(jī)； 上述線陣型超聲波探頭陣列的數(shù)量為1個以上，每個陣列帶有4個超聲波探頭； 上述超聲波信號放大濾波電路的數(shù)量為I個以上且其數(shù)量與線陣型超聲波探頭陣列的數(shù)量相同，每個電路可對4路超聲波信號進(jìn)行放大濾波處理； 上述數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)量為1個以上且其數(shù)量與線陣型超聲波探頭陣列的數(shù)量相同，每個采集卡可對4路信號進(jìn)行同步采集，全部數(shù)據(jù)采集卡均為高速同步數(shù)據(jù)采集卡； 上述的工控機(jī)的數(shù)量為1個； 每個線陣型超聲波探頭陣列通過BNC接頭線纜與對應(yīng)超聲波信號放大濾波電路的輸入端相連，每個超聲波信號放大濾波電路的輸出端通過扁平線與對應(yīng)數(shù)據(jù)采集卡的輸入端相連，數(shù)據(jù)采集卡通過工控機(jī)機(jī)箱中的插槽固定在工控機(jī)上并未工控機(jī)提供采集到的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線陣型超聲波泄漏檢測裝置，其特征在于，其工控機(jī)中的軟件部分包括以下模塊系統(tǒng)初始化模塊、泄漏檢測模塊、泄漏定位模塊和泄漏孔徑估算模塊； 初始化模塊用于配置數(shù)據(jù)采集卡、設(shè)定存儲路徑和參數(shù)的設(shè)置，完成裝置的初始化；泄漏檢測模塊用于判斷泄漏是否存在；泄漏定位模塊用于在泄漏存在的情況下確定泄漏的位置；泄漏孔徑估算模塊用于在泄漏存在的情況下估算泄漏控制的大小。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種線陣型超聲波泄漏檢測裝置，其特征在于，其工作過程為先運行系統(tǒng)初始化模塊，然后運行泄漏檢測模塊對待測目標(biāo)進(jìn)行泄漏檢測，在泄漏存在的情況下運行泄漏定位模塊和泄漏孔徑估算模塊； 具體工作步驟為 1)運行系統(tǒng)初始化模塊，包括以下過程 1.1設(shè)定最終用于保存檢測記錄的文件的存儲路徑； 1.2完成數(shù)據(jù)采集卡的初始化； 1.3設(shè)定泄漏概率的閾值和孔徑估算的對照表，此閾值和對照表根據(jù)以往的測試經(jīng)驗給出； 2)運行泄漏檢測模塊，包括以下步驟 2.1啟動數(shù)據(jù)采集卡并讀取數(shù)據(jù)采集卡采集到的數(shù)據(jù)； 2.2將數(shù)據(jù)采集卡采集到的各個數(shù)據(jù)每兩個都進(jìn)行相關(guān)運算，得到各個數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性數(shù)組； 2.3利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)步驟2. 2得到的相關(guān)性數(shù)組計算待測目標(biāo)的泄漏概率、未泄漏概率及不確定概率，每個相關(guān)性數(shù)組最后得到待測目標(biāo)的I組泄漏概率、未泄漏概率及不確定概率； 2.4將個泄漏概率進(jìn)行基于證據(jù)理論的數(shù)據(jù)融合運算，得到融合后的泄漏概率； 2.5將融合后的泄漏概率與步驟1. 3設(shè)定的閾值比較，判斷是否有泄漏存在，分為下面兩種情況 2.5. 1如果融合后的泄露泄漏概率低于閾值，則認(rèn)為沒有泄漏，在電腦顯示屏上顯示“無泄漏”，將檢測記錄按照步驟1. 1設(shè)定的存儲路徑保存，并完成此次檢測過程；.2.5. 2如果有泄漏，則首先在電腦顯示屏上顯示“有泄漏”，并執(zhí)行下面的步驟3)和步驟4)； 3)運行泄漏定位模塊，包括以下步驟.3.I根據(jù)步驟2. 2得到的相關(guān)性數(shù)組計算出泄漏聲源到達(dá)各個探頭的時差值； 3.2根據(jù)步驟2. I數(shù)據(jù)卡采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行功率譜換算，得到各個探頭的聲強； 3.3融合3. I的時差值和3. 2的聲強值，計算泄漏的位置； 3.4在電腦顯示屏上顯示泄漏位置； 4)運行泄漏孔徑估算模塊，包括以下步驟.4.I將步驟3. 2得到的各探頭的聲強結(jié)合步驟I. 3設(shè)定的對照表，根據(jù)信號強度估算出泄漏孔徑的大?。? .4.2在電腦顯示屏上顯示步驟4. I估算出的泄漏孔徑的大??； 5)將檢測記錄按照步驟I.I設(shè)定的存儲路徑保存。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種線陣型超聲波泄漏檢測裝置及方法，屬于氣體泄漏檢測技術(shù)領(lǐng)域。檢測裝置包括線陣型超聲波探頭陣列、超聲波信號放大濾波電路、數(shù)據(jù)采集卡和工控機(jī)，其中線陣型超聲波探頭陣列通過BNC接頭線纜與超聲波信號放大濾波電路的輸入端相連，超聲波信號放大濾波電路的輸出端通過扁平線與數(shù)據(jù)采集卡相連，數(shù)據(jù)采集卡通過工控機(jī)機(jī)箱中的插槽固定在工控機(jī)上；其工控機(jī)中軟件部分包括系統(tǒng)初始化模塊、泄漏檢測模塊、泄漏定位模塊和泄漏孔徑估算模塊。本發(fā)明集成度高、成本低、體積小、精度高、有較強的抗干擾能力和抗振能力，并可以根據(jù)現(xiàn)場需要進(jìn)行擴(kuò)展。
文檔編號G01M3/24GK102967419SQ201210450828
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者王濤, 肖暉衡 申請人:北京理工大學(xué)