本發(fā)明涉及儀器檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于多傳感器的超聲波氣密性檢測(cè)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

在日常生活中和工業(yè)生產(chǎn)中，壓力容器隨處可見(jiàn)，有用于壓縮氣體存儲(chǔ)的氣罐氣缸，還有用于氣體傳輸?shù)墓艿?。壓縮氣體儲(chǔ)存在壓力容器內(nèi)在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，由于一些不可避免的因素，如磨損、腐蝕人為或自然的損壞，泄漏事故經(jīng)常發(fā)生。氣體泄漏將會(huì)產(chǎn)生物料和能量損失、引發(fā)事故災(zāi)害、環(huán)境污染和設(shè)備性能降低的危害。如果能夠在設(shè)備投入運(yùn)行使用之前及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏，準(zhǔn)確定位泄漏點(diǎn)，估計(jì)出泄漏量的大小，就能夠有效減輕或避免泄漏事故造成的危害。目前市面上所見(jiàn)的各種檢漏儀器功能都比較簡(jiǎn)單，只能探測(cè)到較大泄漏是否存在，不能檢測(cè)到微弱泄漏，和泄漏點(diǎn)的定位。

利用流體泄漏時(shí)產(chǎn)生聲波的頻率特性進(jìn)行分析是流體泄漏檢測(cè)的一個(gè)新的領(lǐng)域。當(dāng)容器發(fā)生泄漏時(shí)，泄漏點(diǎn)小內(nèi)外壓差較大時(shí)會(huì)形成湍流射流，在泄漏點(diǎn)附近形成無(wú)數(shù)個(gè)大小不一的漩渦，漩渦會(huì)不斷產(chǎn)生和破裂從而產(chǎn)生聲音。泄漏產(chǎn)生的聲音頻率范圍很寬一般在2～200khz間，但不同工況例如內(nèi)外壓力和泄漏孔大小的不同，泄漏產(chǎn)生聲波的中心頻率均不同。則可利用不同泄漏狀態(tài)下信號(hào)頻譜峰值不同的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行。

德國(guó)學(xué)者r.isermann和h.siebert經(jīng)過(guò)多年的合作研究，在理論結(jié)合實(shí)踐的基礎(chǔ)上提出了一種創(chuàng)新性方法：將輸入輸出的流量信號(hào)和壓力信號(hào)經(jīng)過(guò)進(jìn)行互相關(guān)然后做相應(yīng)的處理進(jìn)行泄漏檢測(cè)。英國(guó)殼牌石油公司的xuejunzhang在1992年提出了一種基于流體管道統(tǒng)計(jì)量的泄漏法。該方法的具體步驟是統(tǒng)計(jì)管道輸入輸出口的流體壓力和流量的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，然后通過(guò)計(jì)算判斷 出管道泄漏的概率。上世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)在氣體泄漏檢測(cè)的領(lǐng)域取得了一些進(jìn)展，包括一些科研人員在互相關(guān)法和應(yīng)力波法的軟件檢測(cè)方面也進(jìn)行了較為深入的研究，近幾年在泄漏系統(tǒng)仿真方面也開(kāi)始逐漸快速發(fā)展起來(lái)。目前國(guó)內(nèi)已有較多種類(lèi)的泄漏檢測(cè)儀面市，例如聲發(fā)射。但目前的各種檢測(cè)設(shè)備在進(jìn)行泄漏檢測(cè)的時(shí)不能保證其可靠性，而且一些泄漏檢測(cè)設(shè)備的應(yīng)用面較窄，設(shè)備性價(jià)比低，同時(shí)多為特定工況不能得到普遍的廣泛應(yīng)用。超聲波無(wú)損檢測(cè)具有非接觸，反應(yīng)速度快設(shè)備便攜，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線測(cè)量，及其適應(yīng)能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)對(duì)超聲波領(lǐng)域的研究也取得了一定的進(jìn)展，將其運(yùn)用到氣體泄漏檢測(cè)領(lǐng)域?qū)⑹潜厝贿x擇。

然而目前的研究學(xué)者所用的檢測(cè)方法均可對(duì)壓力容器泄漏的有無(wú)進(jìn)行大致判斷，有些方法還可以對(duì)泄漏點(diǎn)的泄漏位置進(jìn)行定位，部分定位方法使用單個(gè)傳感器對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行定位檢測(cè)，檢測(cè)精度取決于傳感器的指向性，由于超聲波換能器受到頻率范圍和結(jié)構(gòu)參數(shù)的限制指向性相對(duì)較差，且隨著距離的增大單傳感器接收信號(hào)的質(zhì)量下降，造成泄漏點(diǎn)的定位檢測(cè)精度較低。綜合考慮對(duì)微弱泄漏信號(hào)的檢測(cè)能力、泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的智能化水平及檢測(cè)設(shè)備的造價(jià)方面的因素，這些方法不能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用要求。

本發(fā)明應(yīng)用的超聲波氣體泄漏檢測(cè)技術(shù)，屬于超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用之一，繼承了超聲波無(wú)損檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)。超聲波無(wú)損檢測(cè)與其它常規(guī)技術(shù)相比，它具有被測(cè)對(duì)象范圍廣、檢測(cè)適用性高、檢測(cè)靈敏度高、性價(jià)比高、速度快、設(shè)備使用方便攜帶對(duì)便于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、并對(duì)人體無(wú)害的優(yōu)點(diǎn)。超聲無(wú)損檢測(cè)在進(jìn)幾十年來(lái)迅猛發(fā)展并取得了廣泛的應(yīng)用，幾乎已經(jīng)應(yīng)用到了所有的工業(yè)部門(mén)。尤其適宜檢測(cè)各類(lèi)管道、閥門(mén)部件內(nèi)部產(chǎn)生的裂痕，還能檢測(cè)船艙、飛機(jī)、航天器、汽車(chē)座艙、冰箱、冷庫(kù)、儲(chǔ)油罐、密閉容腔的密封程度，這樣便有效的提高了各個(gè)部件的使用安全性，在很大程度上確保了人員的生命和財(cái)產(chǎn)安全?？梢?jiàn)泄漏檢測(cè)對(duì)于提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，節(jié)約能源，確保工作人員的人身安全都具有非常重大的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中單個(gè)傳感器定位檢測(cè)精度低的缺陷，提供一種結(jié)合多個(gè)傳感器，且靈敏度高、穩(wěn)定性高的基于多傳感器的超聲波氣密性檢測(cè)系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供一種基于多傳感器的超聲波氣密性檢測(cè)系統(tǒng)，包括設(shè)置在容器內(nèi)的多個(gè)超聲波發(fā)射機(jī)，該系統(tǒng)還包括依次連接的換能器組、信號(hào)調(diào)理電路、主處理器和信號(hào)輸出模塊；

所述換能器組包括多個(gè)換能器，用于采集容器內(nèi)的超聲波發(fā)射機(jī)通過(guò)孔隙發(fā)射出的超聲波信號(hào)；

所述信號(hào)調(diào)理電路，用于對(duì)換能器采集到的超聲波信號(hào)進(jìn)行放大和濾波，并將其發(fā)送給主處理器；

所述主處理器，包括集成在主處理器中的ad采集模塊和da輸出模塊，用于將放大和濾波后的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)模糊識(shí)別算法、微弱泄露判斷算法和數(shù)據(jù)融合與泄露判斷算法對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，得到對(duì)各個(gè)傳感器信號(hào)進(jìn)行融合后產(chǎn)生的對(duì)泄露情況的一致性解釋?zhuān)⒌玫脚袛嘟Y(jié)果轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；

所述信號(hào)輸出模塊，用于將包含判斷結(jié)果的模擬信號(hào)發(fā)送到信息終端進(jìn)行顯示。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的所述換能器組包括至少3個(gè)換能器。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的所述換能器組的多個(gè)換能器通道之間采用規(guī)則同時(shí)模式，多個(gè)通道同時(shí)采集信號(hào)。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的所述信號(hào)輸出模塊包括3種信號(hào)輸出模式：開(kāi)關(guān)式、模擬式和數(shù)字式。

本發(fā)明提供一種基于多傳感器的超聲波氣密性檢測(cè)方法，包括以下步驟：

s1、換能器組的不同通道同時(shí)收到各個(gè)換能器采集到的多通道信號(hào)，并對(duì)該多通道信號(hào)分別進(jìn)行fft頻譜分析，并將其傳輸?shù)缴窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行處理，判斷是否發(fā)生明顯泄漏；

s2、若沒(méi)有發(fā)生明顯泄漏，則進(jìn)入步驟s3；若發(fā)生明顯泄漏，則判斷發(fā) 生泄漏，并輸出泄漏信息；

s3、執(zhí)行微弱泄漏判斷算法，對(duì)多個(gè)通道的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行fir濾波，并通過(guò)時(shí)域神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行時(shí)域ds融合；通過(guò)頻域神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)多個(gè)通道的頻域信號(hào)進(jìn)行頻域ds融合，并對(duì)時(shí)頻域ds數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，通過(guò)d-s數(shù)據(jù)融合與泄漏判斷算法進(jìn)行判斷，若融合結(jié)果大于閾值，則判斷發(fā)生泄漏，并輸出泄漏信息。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的步驟s2中判斷發(fā)生明顯泄漏的條件為：進(jìn)行fft頻譜分析，若40khz點(diǎn)的幅值大于10，則發(fā)生泄漏。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的步驟s3中微弱泄漏判斷算法的具體步驟為：

a1、對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行fir濾波；

a2、將濾波完成的時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)到時(shí)域神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)將頻域信號(hào)轉(zhuǎn)到頻域神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；

a3、時(shí)域ds數(shù)據(jù)融合，同時(shí)進(jìn)行頻域ds數(shù)據(jù)融合；

a4、對(duì)融合后的數(shù)據(jù)進(jìn)一步進(jìn)行時(shí)-頻域ds數(shù)據(jù)融合；

a5、決策邏輯。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的步驟s3中d-s數(shù)據(jù)融合與泄漏判斷算法的具體步驟為：

b1、收到時(shí)域合成后數(shù)據(jù)和頻域合成后數(shù)據(jù)；

b2、對(duì)合成后的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)-頻域ds數(shù)據(jù)融合；

b3、進(jìn)行分時(shí)段t數(shù)據(jù)融合；

b4、進(jìn)行決策邏輯；

b5、泄露信號(hào)輸出。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的步驟s3中根據(jù)閾值進(jìn)行判斷的方法具體為：

ds融合后判斷目標(biāo)類(lèi)別必須具有最大可信度；

目標(biāo)類(lèi)別的可信度值與其他類(lèi)別可信度之差大于閾值，即判定結(jié)果為泄漏時(shí)，泄漏的可信度大于未泄漏的可信度和不確定的可信度；判定結(jié)果為未泄漏時(shí)，未泄漏的可信度大于泄漏的可信度和不確定的可信度。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明的基于多傳感器的超聲波氣密性檢測(cè)系統(tǒng)及方法，通過(guò)多個(gè)換能器采集到的信號(hào)進(jìn)行處理，并結(jié)合模糊識(shí)別算法、微 弱泄漏判斷算法和d-s數(shù)據(jù)融合與泄漏判斷算法對(duì)容器的氣密性進(jìn)行檢測(cè)，該方法相對(duì)于單個(gè)超聲波傳感器檢測(cè)，具有檢測(cè)精度高的優(yōu)點(diǎn)；且對(duì)微弱泄漏信號(hào)的檢測(cè)能力強(qiáng)，泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的智能化水平高，能夠滿足不同工業(yè)場(chǎng)景的應(yīng)用；另外，本系統(tǒng)具有體積小、方便攜帶、靈敏度高、穩(wěn)定性好、利于動(dòng)態(tài)在線檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，能夠有效的提高了氣密部件的使用安全性，在很大程度上確保了人員的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

附圖說(shuō)明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中：

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的基于多傳感器的超聲波氣密性檢測(cè)系統(tǒng)的總體框架圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的基于多傳感器的超聲波氣密性檢測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理電路框圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的基于多傳感器的超聲波氣密性檢測(cè)系統(tǒng)的前置差分放大電路圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例的基于多傳感器的超聲波氣密性檢測(cè)系統(tǒng)的二階有源帶通濾波電路圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例的基于多傳感器的超聲波氣密性檢測(cè)系統(tǒng)的電平轉(zhuǎn)換電路圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例的基于多傳感器的超聲波氣密性檢測(cè)系統(tǒng)的ad輸入保護(hù)電路圖；

圖7(a)是本發(fā)明實(shí)施例的基于多傳感器的超聲波氣密性檢測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)電路圖(a)；

圖7(b)是本發(fā)明實(shí)施例的基于多傳感器的超聲波氣密性檢測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)電路圖(b)；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例的基于多傳感器的超聲波氣密性檢測(cè)方法的框圖；

圖9是本發(fā)明實(shí)施例的基于多傳感器的超聲波氣密性檢測(cè)方法的軟件主流程圖；

圖10是本發(fā)明實(shí)施例的基于多傳感器的超聲波氣密性檢測(cè)方法的tf-bp-ds模糊識(shí)別算法框圖；

圖11是本發(fā)明實(shí)施例的基于多傳感器的超聲波氣密性檢測(cè)方法的微弱泄漏判斷算法運(yùn)算框圖；

圖12是本發(fā)明實(shí)施例的基于多傳感器的超聲波氣密性檢測(cè)方法的d-s數(shù)據(jù)融合與泄漏判斷框圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的基于多傳感器的超聲波氣密性檢測(cè)系統(tǒng)，包括設(shè)置在容器內(nèi)的多個(gè)超聲波發(fā)射機(jī)，該系統(tǒng)還包括依次連接的換能器組、信號(hào)調(diào)理電路、主處理器和信號(hào)輸出模塊；

換能器組包括多個(gè)換能器，用于采集容器內(nèi)的超聲波發(fā)射機(jī)通過(guò)孔隙發(fā)射出的超聲波信號(hào)；

信號(hào)調(diào)理電路，用于對(duì)換能器采集到的超聲波信號(hào)進(jìn)行放大和濾波，并將其發(fā)送給主處理器；

主處理器，包括集成在主處理器中的ad采集模塊和da輸出模塊，用于將放大和濾波后的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)模糊識(shí)別算法、微弱泄露判斷算法和數(shù)據(jù)融合與泄露判斷算法對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，得到對(duì)各個(gè)傳感器信號(hào)進(jìn)行融合后產(chǎn)生的對(duì)泄露情況的一致性解釋?zhuān)⒌玫脚袛嘟Y(jié)果轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；

信號(hào)輸出模塊，用于將包含判斷結(jié)果的模擬信號(hào)發(fā)送到信息終端進(jìn)行顯示。

換能器組包括三組與信號(hào)調(diào)理電路同步相連的fus-40rc型超聲波換能器：換能器1、換能器2、換能器3，其額定頻率40khz，帶寬6khz(-54db)，分辨率9mm，接收靈敏度為-46db(0db＝1v/pa)即5mv/pa，量程0.2～6m， 三傳感器進(jìn)行信號(hào)采集然后將各個(gè)傳感器信號(hào)進(jìn)行融合最終產(chǎn)生對(duì)泄漏的一致性解釋。

如圖2所示，信號(hào)調(diào)理電路的前置放大電路采用ad公司的儀表運(yùn)放ad620，其采用差分輸入、輸入阻抗高、偏置電流小且只需要一個(gè)電阻就能調(diào)整運(yùn)放的放大倍數(shù)。差分輸入能有效的抑制產(chǎn)生的共模干擾，提高電路信噪比。ad620的增益帶寬積為12000，信號(hào)頻率為40khz放大倍數(shù)能夠達(dá)到300倍，小于1000，所以需要加入第二級(jí)放大。但是因?yàn)樾枰尤霝V波電路所以第二級(jí)可以做成有源帶通濾波電路，即滿足了放大倍數(shù)的要求也成功的進(jìn)行了濾波，節(jié)省了電路面積；濾波電路的高頻截止頻率為42khz、低頻截止頻率為38khz，調(diào)整阻抗將中心放大倍數(shù)設(shè)置為20倍，則放大電路能實(shí)現(xiàn)100到2000的變放大倍數(shù)放大。電平轉(zhuǎn)換電路將正負(fù)信號(hào)調(diào)整為0到3.3v之間的信號(hào)，只需加法電路即可。在調(diào)理電路的第三級(jí)電平變換部分，輸出端反饋電阻上加穩(wěn)壓二極管d6，把輸出電壓穩(wěn)定在3.3v以內(nèi)，d7肖特基二極管rb400d和r38可以有效的去除輸出信號(hào)的負(fù)電壓。瞬態(tài)抑制二極管tzm5226b可以再次穩(wěn)定輸出電壓到3.3v，r16和c18構(gòu)成低通濾波電路濾除低頻噪聲信號(hào)。以上電路實(shí)現(xiàn)了輸出到ad端的電壓限制在0到3.3v之內(nèi)，對(duì)ad起到了有效的保護(hù)。

如圖3所示，為前置差分放大電路圖，調(diào)整阻抗將中心放大倍數(shù)設(shè)置為20倍，則放大電路能實(shí)現(xiàn)100到2000的變放大倍數(shù)放大。

如圖4所示，為二階有源帶通濾波電路圖，濾波電路的高頻截止頻率為42khz、低頻截止頻率為38khz。

如圖5所示，為電平轉(zhuǎn)換電路圖，電平轉(zhuǎn)換電路將正負(fù)信號(hào)調(diào)整為0到3.3v之間的信號(hào)，只需加法電路即可。在調(diào)理電路的第三級(jí)電平變換部分，輸出端反饋電阻上加穩(wěn)壓二極管d6，把輸出電壓穩(wěn)定在3.3v以內(nèi)，d7肖特基二極管rb400d和r38可以有效的去除輸出信號(hào)的負(fù)電壓。

如圖6所示，為ad輸入保護(hù)電路圖，瞬態(tài)抑制二極管tzm5226b可以再次穩(wěn)定輸出電壓到3.3v，r16和c18構(gòu)成低通濾波電路濾除低頻噪聲信號(hào)。以上電路實(shí)現(xiàn)了輸出到ad端的電壓限制在0到3.3v之內(nèi)，對(duì)ad起到了有 效的保護(hù)。

如圖7(a)和圖7(b)所示，為信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)電路圖，所述信號(hào)輸出模塊為了便于儀器的使用設(shè)置了三種信號(hào)輸出模式：開(kāi)關(guān)式、模擬式、數(shù)字式。開(kāi)關(guān)量信號(hào)是當(dāng)信號(hào)的強(qiáng)度大于設(shè)定閾值的時(shí)候輸出為高，反之為低。除了利用gpio進(jìn)行開(kāi)關(guān)量輸出之外，儀器上還設(shè)置了泄漏指示燈，和定位激光，激光需要的電流達(dá)到50ma。模擬式信號(hào)輸出通過(guò)stm32f407的內(nèi)部12位da輸出0到3.3v，在經(jīng)過(guò)運(yùn)放將信號(hào)調(diào)理到0～5v。數(shù)字式信號(hào)輸出通過(guò)stm32f407的內(nèi)部ttl電平的串口輸出信號(hào)強(qiáng)度，每秒10字節(jié)，每個(gè)字節(jié)0～255線性代表著信號(hào)0.01pa～3pa的聲壓，ttl電平串口通過(guò)max3232將信號(hào)轉(zhuǎn)換為rs232電平更加適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。整個(gè)信號(hào)輸出模塊用一個(gè)db9接頭封裝在一起，簡(jiǎn)潔穩(wěn)定。

主處理器選用了arm公司的cortex-m4構(gòu)架的stm32f407主處理器，stm32f407vg內(nèi)部具有三路獨(dú)立的ad，最高采集速率達(dá)到2.4msps滿足系統(tǒng)需求，同時(shí)此芯片內(nèi)部每路ad都可以進(jìn)行dma，提高cpu利用效率，并且避免在此次數(shù)據(jù)沒(méi)有讀取之前被寫(xiě)入造成數(shù)據(jù)丟失，在本系統(tǒng)中，因?yàn)樾枰吠ǖ劳瑫r(shí)采集，且采集通道不需要經(jīng)常變換所以選用規(guī)則同時(shí)模式。

信號(hào)輸出模塊為了便于儀器的使用設(shè)置了三種信號(hào)輸出模式：開(kāi)關(guān)式、模擬式、數(shù)字式。開(kāi)關(guān)量信號(hào)是當(dāng)信號(hào)的強(qiáng)度大于設(shè)定閾值的時(shí)候輸出為高，反之為低。除了利用gpio進(jìn)行開(kāi)關(guān)量輸出之外，儀器上還設(shè)置了泄漏指示燈，和定位激光，激光需要的電流達(dá)到50ma。模擬式信號(hào)輸出通過(guò)stm32f407的內(nèi)部12位da輸出0到3.3v，在經(jīng)過(guò)運(yùn)放將信號(hào)調(diào)理到0～5v。數(shù)字式信號(hào)輸出通過(guò)stm32f407的內(nèi)部ttl電平的串口輸出信號(hào)強(qiáng)度，每秒10字節(jié)，每個(gè)字節(jié)0～255線性代表著信號(hào)0.01pa～3pa的聲壓，ttl電平串口通過(guò)max3232將信號(hào)轉(zhuǎn)換為rs232電平更加適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。整個(gè)信號(hào)輸出模塊用一個(gè)db9接頭封裝在一起，簡(jiǎn)潔穩(wěn)定。

如圖8所示，本發(fā)明實(shí)施例的基于多傳感器的超聲波氣密性檢測(cè)方法，包括以下步驟：

s1、換能器組的不同通道同時(shí)收到各個(gè)換能器采集到的多通道信號(hào)，并對(duì) 該多通道信號(hào)分別進(jìn)行fft頻譜分析，并將其傳輸?shù)缴窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行處理，判斷是否發(fā)生明顯泄漏；

s2、若沒(méi)有發(fā)生明顯泄漏，則進(jìn)入步驟s3；若發(fā)生明顯泄漏，則判斷發(fā)生泄漏，并輸出泄漏信息；

s3、執(zhí)行微弱泄漏判斷算法，對(duì)多個(gè)通道的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行fir濾波，并通過(guò)時(shí)域神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行時(shí)域ds融合；通過(guò)頻域神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)多個(gè)通道的頻域信號(hào)進(jìn)行頻域ds融合，并對(duì)時(shí)頻域ds數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，通過(guò)d-s數(shù)據(jù)融合與泄漏判斷算法進(jìn)行判斷，若融合結(jié)果大于閾值，則判斷發(fā)生泄漏，并輸出泄漏信息。

如圖9所示，為軟件主流程圖，軟件程序的主流程如下所示：

步驟1、開(kāi)始；

步驟2、系統(tǒng)初始化；

步驟3、超聲信號(hào)數(shù)據(jù)采集；

步驟4、泄漏閾值采集；

步驟5、執(zhí)行泄漏判斷算法；

步驟6、泄漏信號(hào)輸出，并轉(zhuǎn)到步驟3。

如圖10所示，是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的tf-bp-ds模糊識(shí)別算法框圖，算法的運(yùn)算流程如下所示：

步驟1、通道1、通道2、通道3同時(shí)分別收到換能器1、換能器2、換能器3采集到的信號(hào)；

步驟2、同時(shí)分別對(duì)通道1、通道2、通道3中的信號(hào)進(jìn)行fft頻譜分析；

步驟3、同時(shí)分別將上述信號(hào)信息傳輸?shù)缴窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行處理，處理完成后轉(zhuǎn)到步驟7，同時(shí)分別判斷每一路是否檢測(cè)到泄露信息，是則轉(zhuǎn)到步驟12，否則轉(zhuǎn)到步驟4；

步驟4、由fir濾波器對(duì)于信息進(jìn)行濾波；

步驟5、由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)信息進(jìn)行處理，處理完成后轉(zhuǎn)到步驟6；

步驟6、時(shí)域ds融合，轉(zhuǎn)到步驟8；

步驟7、頻域ds融合，轉(zhuǎn)到步驟8；

步驟8、時(shí)-頻域ds融合；

步驟9、多時(shí)間t數(shù)據(jù)ds融合；

步驟10、決策邏輯；

步驟11、泄露信息輸出；

步驟12、決策邏輯1，轉(zhuǎn)到步驟11。

在較大泄漏孔和壓力下的測(cè)量可以通過(guò)fft直接穩(wěn)定的測(cè)量出來(lái)。但是，當(dāng)較小泄漏量的時(shí)候用此方法不再適用，為此本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了如下算法一方面，利用fir濾波器進(jìn)行時(shí)域內(nèi)信號(hào)的濾波，將時(shí)域內(nèi)信號(hào)經(jīng)過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行概率分配后，再將三通道的概率值進(jìn)行ds數(shù)據(jù)融合，另一方面利用頻域信號(hào)進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概率分配后做ds數(shù)據(jù)融合，最終兩部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行總的融合和決策。

如圖11所示，是微弱泄漏判斷算法運(yùn)算框圖，算法的運(yùn)算流程如下所示：

步驟1、對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行fir濾波；

步驟2、將濾波完成的時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)到時(shí)域神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)將頻域信號(hào)轉(zhuǎn)到頻域神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；

步驟3、時(shí)域ds數(shù)據(jù)融合，同時(shí)進(jìn)行頻域數(shù)據(jù)融合；

步驟4、時(shí)-頻域ds數(shù)據(jù)融合；

步驟5、決策邏輯。

數(shù)字濾波器是通過(guò)計(jì)算機(jī)將輸入序列通過(guò)一定的運(yùn)算變換成輸出序列，來(lái)實(shí)現(xiàn)濾波功能。這x(n)是系統(tǒng)輸入，x(e-jw)是其傅氏變換，y(n)是系統(tǒng)輸出，y(ejw)是其傅氏變換，系統(tǒng)輸出公式如下：

h(e^jw)為系統(tǒng)函數(shù)傅氏變換，則輸入序列的頻譜x(e^-jw)經(jīng)過(guò)濾波器后變成了x(e^-jw)h(e^jw)，選取h(e^jw)使得輸出x(e^-jw)h(e^jw)滿足我們的要求。濾波器按照沖擊響應(yīng)的有限性可以分為有限長(zhǎng)沖擊響應(yīng)濾波器fir和無(wú)限長(zhǎng)沖擊響應(yīng)濾波器iir.iir和fir濾波器在以下幾點(diǎn)有不同：(1)iir濾波器單位沖激響應(yīng)h(n)是無(wú)限長(zhǎng)的n→∞，fir濾波器系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng)h(n)在有限個(gè)n點(diǎn)處不等于零即h(n)是個(gè)有限長(zhǎng)序列；(2)在系統(tǒng)函數(shù)零極點(diǎn)方面來(lái)看，iir濾 波器的系統(tǒng)函數(shù)h(z)分布在有限長(zhǎng)z平面，而fir濾波器的系統(tǒng)函數(shù)|h(z)|在|z|>0處收斂，極點(diǎn)全部在z＝0處，fir在任何情況下均穩(wěn)定；(3)iir濾波器結(jié)構(gòu)是遞歸型的即存在在輸出到輸入的反饋。fir濾波器為非遞歸結(jié)構(gòu)。其中fir濾波器具體的實(shí)現(xiàn)可以分為紋波逼近法、最小乘方法、窗函數(shù)法等。對(duì)通帶內(nèi)平穩(wěn)度要求較高的用窗函數(shù)法，對(duì)阻帶內(nèi)衰減較高的用最小乘方法，對(duì)階數(shù)要求較高的用紋波逼近法?？紤]到我們后續(xù)要使用三個(gè)通道的信號(hào)相位相等便于分析計(jì)算，所以一定要使用fir濾波器進(jìn)行濾波，因?yàn)閷?shí)用的嵌入式處理器和對(duì)實(shí)時(shí)性的要求不宜用過(guò)高階數(shù)的濾波器所以用紋波逼近法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

如圖12所示，是d-s數(shù)據(jù)融合與泄漏判斷框圖，d-s數(shù)據(jù)融合與泄漏判斷算法流程如下所示：

步驟1、收到時(shí)域合成后數(shù)據(jù)和頻域合成后數(shù)據(jù)；

步驟2、對(duì)上述數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行時(shí)-頻域ds數(shù)據(jù)融合；

步驟3、進(jìn)行分時(shí)段t數(shù)據(jù)融合；

步驟4、進(jìn)行決策邏輯；

步驟5、泄露信號(hào)輸出。

軟件程序中的決策邏輯必須遵循以下四個(gè)規(guī)則：

規(guī)則1、當(dāng)fft初步判斷fft變換40khz點(diǎn)幅值大于10時(shí)，必有泄漏。

規(guī)則2、ds融合后判斷目標(biāo)類(lèi)別必須具有最大可信度；

規(guī)則3、目標(biāo)類(lèi)別的可信度值與其他類(lèi)別可信度之差必須大于某一閾值(此閾值可以根據(jù)工況通過(guò)外部旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié))即判定結(jié)果為泄漏時(shí)，必須要求泄漏的可信度大于未泄漏的可信度和不確定的可信度；判定結(jié)構(gòu)為未泄漏時(shí)，必須要求未泄漏的可信度大于泄漏的可信度和不確定的可信度。

規(guī)則4、當(dāng)滿足規(guī)則1時(shí)，則不需要考慮規(guī)則2和3，反之當(dāng)fft處理后40khz點(diǎn)幅值小于10時(shí)，不能直接用fft算法來(lái)判斷，此時(shí)若判斷有泄漏則必須同時(shí)滿足規(guī)則2、3。

為檢測(cè)微弱泄漏檢測(cè)算法的有效性，遂作出如下實(shí)驗(yàn)。分別取2個(gè)固定大小的泄漏孔有效孔徑分別為0.06mm和0.1mm，將檢測(cè)設(shè)備放在和泄漏口對(duì)面正對(duì)泄漏孔，將容器內(nèi)外壓力差從0kpa步進(jìn)50kpa調(diào)節(jié)到500kpa，測(cè)量出在 每個(gè)壓力點(diǎn)下能夠檢測(cè)到的最遠(yuǎn)臨界距離。不同算法下的0.06mm和0.1mm兩個(gè)不同大小孔的壓力與測(cè)試距離關(guān)系可由下表得出。

表10.1mm孔徑不同算法測(cè)試距離對(duì)比

表20.06mm孔徑不同算法測(cè)試距離對(duì)比

fft算法和d-s數(shù)據(jù)融合算法在固定孔徑容器內(nèi)外壓力300kpa以上的情況下測(cè)試結(jié)果基本一致，但是在300kpa以內(nèi)d-s數(shù)據(jù)融合算法的測(cè)量范圍明顯大于fft測(cè)量結(jié)果。還可以得出結(jié)論本系統(tǒng)在0.06mm有效孔徑50kpa的壓力下，在距離泄漏孔12cm內(nèi)可以檢測(cè)到泄漏。根據(jù)實(shí)驗(yàn)可以看出本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)固定軌跡泄漏點(diǎn)的測(cè)量?？梢詫?shí)現(xiàn)有效孔徑為0.06mm壓力為50kpa，在距泄漏孔120mm內(nèi)的最微小泄漏。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。