CN102967419A - 一种线阵型超声波泄漏检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种线阵型超声波泄漏检测装置及方法，属于气体泄漏检测技术领域。检测装置包括线阵型超声波探头阵列、超声波信号放大滤波电路、数据采集卡和工控机，其中线阵型超声波探头阵列通过BNC接头线缆与超声波信号放大滤波电路的输入端相连，超声波信号放大滤波电路的输出端通过扁平线与数据采集卡相连，数据采集卡通过工控机机箱中的插槽固定在工控机上；其工控机中软件部分包括系统初始化模块、泄漏检测模块、泄漏定位模块和泄漏孔径估算模块。本发明集成度高、成本低、体积小、精度高、有较强的抗干扰能力和抗振能力，并可以根据现场需要进行扩展。

Description

一种线阵型超声波泄漏检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种线阵型超声波泄漏检测装置及方法，属于气体泄漏检测技术领域。

背景技术

目前，工业中和生活中均大量用到用于储存和输送压缩气体的压力容器，如气缸，气罐，煤气管道等由于各种原因，容器会产生漏孔从而发生气体泄漏。据估计，工业中的压缩气体由于泄漏而损失掉的平均占到40%左右。泄漏不但会造成能源的浪费，而且如果是有害气体的话，还会对空气造成污染。因此，准确地判断和定位产生泄漏的位置，对于提高企业的生产效率和节约能源具有重大的意义。传统的泄漏检测方法，比如绝对压力法、压差法、气泡法等，操作复杂并且对技术人员要求较高，而且不具有实时性。现在工业中广泛利用泄漏产生超声波的原理来进行泄漏检测，但是现在的超声波泄漏检测仪一般都是手持式设计，需要人工在泄漏点附近测量，测量效率低，不利于自动化快速检测。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术中操作复杂、对技术人员要求高、不具有实时性等问题，提出一种线阵型超声波泄漏检测装置及方法，通过线阵型的超声波阵列采集泄漏产生的超声波信号，计算信号之间的相关性，引入数据融合的理论及方法，从而判断泄漏是否存在以及确定泄漏的位置，用于检测待测工件的气密性，并在泄漏存在时对泄漏信息进行分析处理，提供以下功能：

1）判断是否存在泄漏；

2）判断泄漏的位置；

3）估算泄漏孔径的大小。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种线阵型超声波泄漏检测装置，用于检测气体容器的气密性，泄漏检测装置包括线阵型超声波探头阵列、超声波信号放大滤波电路、数据采集卡和工控机，其连接关系为：

上述线阵型超声波探头阵列的数量为1个以上，每个阵列带有4个超声波探头；

上述超声波信号放大滤波电路的数量为1个以上且其数量与线阵型超声波探头阵列的数量相同，每个电路可对4路超声波信号进行放大滤波处理；

上述数据采集卡的数量为1个以上且其数量与线阵型超声波探头阵列的数量相同，每个采集卡可对4路信号进行同步采集，全部数据采集卡均为高速同步数据采集卡；

上述的工控机的数量为1个；

每个线阵型超声波探头阵列通过BNC接头线缆与对应超声波信号放大滤波电路的输入端相连，每个超声波信号放大滤波电路的输出端通过扁平线与对应数据采集卡的输入端相连，数据采集卡通过工控机机箱中的插槽固定在工控机上并未工控机提供采集到的数据；

本发明的一种线阵型超声波泄漏检测装置，其工控机中的软件部分包括以下模块：系统初始化模块、泄漏检测模块、泄漏定位模块和泄漏孔径估算模块。初始化模块用于配置数据采集卡、设定存储路径和参数的设置，完成装置的初始化；泄漏检测模块用于判断泄漏是否存在；泄漏定位模块用于在泄漏存在的情况下确定泄漏的位置；泄漏孔径估算模块用于在泄漏存在的情况下估算泄漏控制的大小。

本发明的一种线阵型超声波泄漏检测装置，其实现泄漏检测及定位、孔径估算所采用的方法是：将线阵型超声波探头阵列置于待测目标前，在待测目标充气后进行数据采集，将各个通道采集的信号进行相关性运算，将得到的相关性值通过神经网络变换成泄漏的概率，再通过证据理论的方法判定泄漏是否存在；在泄漏存在的情况下通过相关性数据的时差值进行泄漏孔位置的判定；同时结合信号强度的对照表估算泄漏孔径的大小。

本发明的一种线阵型超声波泄漏检测装置，其工作过程为：先运行系统初始化模块，然后运行泄漏检测模块对待测目标进行泄漏检测，在泄漏存在的情况下运行泄漏定位模块和泄漏孔径估算模块，具体工作步骤为：

1）运行系统初始化模块，包括以下内容：

1.1设定最终用于保存检测记录的文件的存储路径；

1.2完成数据采集卡的初始化；

1.3设定泄漏概率的阈值和孔径估算的对照表，此阈值和对照表根据以往的测试经验给出。

2）运行泄漏检测模块，包括以下步骤：

2.1启动数据采集卡并读取数据采集卡采集到的数据；

2.2将数据采集卡采集到的各个数据每两个都进行相关运算，得到各个数据之间的相关性数组；

2.3利用神经网络根据步骤2.2得到的相关性数组计算待测目标的泄漏概率、未泄漏概率及不确定概率，每个相关性数组最后得到待测目标的1组泄漏概率、未泄漏概率及不确定概率；

2.4将各个泄漏概率进行基于证据理论的数据融合运算，得到融合后的泄漏概率；

2.5将融合后的泄漏概率与步骤1.3设定的阈值比较，判断是否有泄漏存在，分为下面两种情况：

2.5.1如果融合后的泄露泄漏概率低于阈值，则认为没有泄漏，在电脑显示屏上显示“无泄漏”，将检测记录按照步骤1.1设定的存储路径保存，并完成此次检测过程；

2.5.2如果有泄漏，则首先在电脑显示屏上显示“有泄漏”，并执行下述步骤；

3）运行泄漏定位模块，包括以下步骤：

3.1根据步骤2.2得到的相关性数组计算出泄漏声源到达各个探头的时差值；

3.2根据步骤2.1数据卡采集的数据进行功率谱换算，得到各个探头的声强；

3.3融合3.1的时差值和3.2的声强值，计算泄漏的位置；

3.4在电脑显示屏上显示泄漏位置；

4）运行泄漏孔径估算模块，包括以下步骤：

4.1将步骤3.2得到的各探头的声强结合步骤1.3设定的对照表，根据信号强度估算出泄漏孔径的大小；

4.2在电脑显示屏上显示步骤4.1估算出的泄漏孔径的大小；

5）将检测记录按照步骤1.1设定的存储路径保存。

有益效果

本发明克服了现有技术中的缺点，采用了工控机作为处理器，每个对外接口均采用了隔离的方式，所有芯片均采用了表贴元器件，集成度高、成本低、体积小、有较强的抗干扰能力和抗振能力，具有丰富的数据采集信号接口，可根据待测工件疑似泄漏位置的大小灵活调整探头的数目，并可以根据现场需要进行扩展。本发明利用信号强度和信号相关性数据进行数据融合处理，判断出泄漏的位置和估算泄漏孔径的大小，整个判断、定位、估算过程时间低于2秒，具有精度高、效率高的特点，利于在生产线中进行自动化测量。

附图说明

图1为本发明的硬件部分结构框图；

图2为本发明的软件部分初始化模块流程图；

图3为本发明的软件部分泄漏检测模块流程图；

图4为本发明的软件部分泄漏定位模块流程图；

图5为本发明的软件部分泄漏孔径估算模块流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

实施例

一种线阵型超声波泄漏检测装置，用于轮毂焊缝气密性检测场合，泄漏检测装置包括线阵型超声波探头阵列、超声波信号放大滤波电路、数据采集卡和工控机，其硬件部分结构框图如图1所示，为：

线阵型超声波探头阵列通过BNC接头线缆与超声波信号放大滤波电路的输入端相连，超声波信号放大滤波电路的输出端通过扁平线与数据采集卡相连，数据采集卡通过工控机机箱中的插槽固定在工控机上。

上述线阵型超声波探头阵列的数量为1个，每个阵列带有4个超声波探头；

上述超声波信号放大滤波电路的数量为1个，可对4路超声波信号进行放大滤波处理；

上述数据采集卡的数量为1个高速同步数据采集卡，可对4路信号进行同步采集；

上述的工控机的数量为1个；

一种线阵型超声波泄漏检测装置，其工控机中的软件部分包括以下模块：系统初始化模块、泄漏检测模块、泄漏定位模块和泄漏孔径估算模块，其中初始化模块用于系统配置数据采集卡和存储路径，完成装置的初始化，具体执行过程如图2所示；泄漏检测模块用于判断泄漏是否存在，具体执行过程如图3所示；泄漏定位模块用于在泄漏存在的情况下确定泄漏的位置，具体执行过程如图4所示；泄漏孔径估算模块用于在泄漏存在的情况下估算泄漏控制的大小，具体执行过程如图5所示。

本发明实现泄漏检测及定位、孔径估算的方法是：将线阵型超声波探头阵列置于待测目标前，在待测目标充气后进行数据采集，将各个通道采集的信号进行相关性运算，将得到的相关性值通过神经网络变换成泄漏的概率，再通过证据理论的方法判定泄漏是否存在；在泄漏存在的情况下通过相关性数据的时差值进行泄漏孔位置的判定；同时结合信号强度的对照表估算泄漏孔径的大小。

一种线阵型超声波泄漏检测装置，其工作过程为：先运行系统初始化模块，然后运行泄漏检测模块对待测目标进行泄漏检测，在泄漏存在的情况下运行泄漏定位模块和泄漏孔径估算模块，具体工作步骤为：

1）运行系统初始化模块，包括以下内容：

1.1设定最终用于保存检测记录的文件的存储路径；

1.2完成数据采集卡的初始化；

1.3设定泄漏概率的阈值和孔径估算的对照表，此阈值和对照表根据以往的测试经验给出。

2）运行泄漏检测模块，包括以下步骤：

2.1启动数据采集卡并读取数据采集卡采集到的数据；

2.2将数据采集卡采集到的各个数据每两个都进行相关运算，得到各个数据之间的相关性数组，共6组；

2.3利用神经网络根据步骤2.2得到的相关性数组计算待测目标的泄漏概率、未泄漏概率及不确定概率，每个相关性数组最后得到待测目标的1组泄漏概率、未泄漏概率及不确定概率；

2.4将各个泄漏概率进行基于证据理论的数据融合运算，得到融合后的泄漏概率；

2.5将融合后的泄漏概率与阈值比较，发现概率大于泄漏阈值，判断是泄漏存在，首先在电脑显示屏上显示“有泄漏”，并执行下面的步骤3）和步骤4）；

3）运行泄漏定位模块，包括以下步骤：

3.1根据步骤2.2得到的相关性数组计算出泄漏声源到达各个探头的时差值；

3.2根据步骤2.1数据卡采集的数据进行功率谱换算，得到各个探头的声强；

3.3融合3.1的时差值和3.2的声强值，计算出泄漏位置在离焊缝下边缘143mm处；

3.4在电脑显示屏上显示泄漏位置为离焊缝下边缘143mm；

4）运行泄漏孔径估算模块，包括以下步骤：

4.1将步骤3.2得到的各探头的声强结合步骤1.3设定的对照表，根据信号强度估算出泄漏孔径的大小约为0.1mm；；

4.2在电脑显示屏上显示步骤4.1估算出的泄漏孔径的大小为0.1mm；

5）将检测记录按照步骤1.1设定的存储路径保存。

本装置技术特点：

1)结构紧凑，成本低；

2)可根据待测焊缝的长度进行线阵型超声波探头的扩展；

3)具有丰富的对外接口；

4)装置核心部分对外完全电气隔离，提高了抗干扰性；

5)装置器件全部采用表贴元器件，提高了抗振性；

6)利用信号强度和相关性进行数据融合，定位精度高；

7)结合预先设定的对照表估算泄漏孔径大小的方法精度高；

8)可集成自动化测量，实现无人值守；

9)测试时间短，检测效率高。

以上对本发明所提供的一种线阵型超声波泄漏检测装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种线阵型超声波泄漏检测装置，用于检测气体容器的气密性，其特征在于，泄漏检测装置包括线阵型超声波探头阵列、超声波信号放大滤波电路、数据采集卡和工控机；

上述线阵型超声波探头阵列的数量为1个以上，每个阵列带有4个超声波探头；

上述超声波信号放大滤波电路的数量为1个以上且其数量与线阵型超声波探头阵列的数量相同，每个电路可对4路超声波信号进行放大滤波处理；

上述数据采集卡的数量为1个以上且其数量与线阵型超声波探头阵列的数量相同，每个采集卡可对4路信号进行同步采集，全部数据采集卡均为高速同步数据采集卡；

上述的工控机的数量为1个；

每个线阵型超声波探头阵列通过BNC接头线缆与对应超声波信号放大滤波电路的输入端相连，每个超声波信号放大滤波电路的输出端通过扁平线与对应数据采集卡的输入端相连，数据采集卡通过工控机机箱中的插槽固定在工控机上并未工控机提供采集到的数据。

2.根据权利要求1所述的一种线阵型超声波泄漏检测装置，其特征在于，其工控机中的软件部分包括以下模块：系统初始化模块、泄漏检测模块、泄漏定位模块和泄漏孔径估算模块；

初始化模块用于配置数据采集卡、设定存储路径和参数的设置，完成装置的初始化；泄漏检测模块用于判断泄漏是否存在；泄漏定位模块用于在泄漏存在的情况下确定泄漏的位置；泄漏孔径估算模块用于在泄漏存在的情况下估算泄漏控制的大小。

3.根据权利要求2所述的一种线阵型超声波泄漏检测装置，其特征在于，其工作过程为：先运行系统初始化模块，然后运行泄漏检测模块对待测目标进行泄漏检测，在泄漏存在的情况下运行泄漏定位模块和泄漏孔径估算模块；

具体工作步骤为：

1）运行系统初始化模块，包括以下过程：

1.1设定最终用于保存检测记录的文件的存储路径；

1.2完成数据采集卡的初始化；

1.3设定泄漏概率的阈值和孔径估算的对照表，此阈值和对照表根据以往的测试经验给出；

2）运行泄漏检测模块，包括以下步骤：

2.1启动数据采集卡并读取数据采集卡采集到的数据；

2.2将数据采集卡采集到的各个数据每两个都进行相关运算，得到各个数据之间的相关性数组；

2.3利用神经网络根据步骤2.2得到的相关性数组计算待测目标的泄漏概率、未泄漏概率及不确定概率，每个相关性数组最后得到待测目标的1组泄漏概率、未泄漏概率及不确定概率；

2.4将各个泄漏概率进行基于证据理论的数据融合运算，得到融合后的泄漏概率；

2.5将融合后的泄漏概率与步骤1.3设定的阈值比较，判断是否有泄漏存在，分为下面两种情况：

2.5.1如果融合后的泄露泄漏概率低于阈值，则认为没有泄漏，在电脑显示屏上显示“无泄漏”，将检测记录按照步骤1.1设定的存储路径保存，并完成此次检测过程；

2.5.2如果有泄漏，则首先在电脑显示屏上显示“有泄漏”，并执行下面的步骤3）和步骤4）；

3）运行泄漏定位模块，包括以下步骤：

3.1根据步骤2.2得到的相关性数组计算出泄漏声源到达各个探头的时差值；

3.2根据步骤2.1数据卡采集的数据进行功率谱换算，得到各个探头的声强；

3.3融合3.1的时差值和3.2的声强值，计算泄漏的位置；

3.4在电脑显示屏上显示泄漏位置；

4）运行泄漏孔径估算模块，包括以下步骤：

4.1将步骤3.2得到的各探头的声强结合步骤1.3设定的对照表，根据信号强度估算出泄漏孔径的大小；

4.2在电脑显示屏上显示步骤4.1估算出的泄漏孔径的大小；

5）将检测记录按照步骤1.1设定的存储路径保存。

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