CN103604570A

CN103604570A - 一种超声波气密性检测方法及装置

Info

Publication number: CN103604570A
Application number: CN201310586976.7A
Authority: CN
Inventors: 王涛; 裴钰; 范伟
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2014-02-26

Abstract

本发明涉及一种超声波气密性检测方法及装置，属于气体泄漏检测领域的一种新型传感仪器。仪器包括超声波换能器组、超声波信号调理电路、A/D转换电路、MCU主控电路及液晶显示部分，其中含有三个换能器的超声波换能器组与超声波信号调理电路的输入端相连，超声波信号调理电路的输出端与A/D转换电路相连，经过A/D电路连接到MCU主控电路上，MCU经过计算，确定泄漏的有无、大小以及泄漏位置，最后将得到的数据在液晶显示屏上显示；其MCU中软件部分包括系统初始化模块、泄漏检测模块、泄漏定位模块和数据显示模块。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，利于推广应用。

Description

一种超声波气密性检测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种超声波气密性检测方法及装置，属于气体泄漏检测领域。

背景技术

目前，工业和生活中到处都要用到用于储存和输送压缩气体的压力容器，但是由于种种原因一旦容器出现漏孔就会引起气体泄漏。泄漏不但会造成物料和能量的损失、引发事故灾害，而且如果是有害气体的话，还会对空气造成污染。因此，及时准确的判断和定位泄漏，对于提高生产效率和节约能源具有重大的意义。

超声波气体泄漏检测技术是目前无损检测领域中的一项新技术，它利用检测气体泄漏时冲击湍流产生的超声波来判断泄漏的有无和大小，具有穿透能力强、检测灵敏度高、漏孔定位准确、速度快等特点，被广泛应用于现场无损检测中。传统的超声波气体检测一般采用的是单探头检测即独立使用单一的超声波换能器对泄漏进行检测和定位，但是采用单探头检测的问题是检测效率的低下，而且对于检测结果很多要依靠检测人员的经验来判断。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术检测效率与精度低、以及检测仪器使用不方便的问题，提供一种超声波气密性检测方法及装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种超声波气密性检测方法，具体步骤如下：

步骤一、使用超声波换能器组检测，得到信号；

步骤二、主控电路将超声波换能器组得到的数据信号进行相关性运算；即可得到相关性数值。

步骤三、将步骤二所得的相关性数值通过神经网络变换成泄漏的概率，该概率再通过D-S证据理论的方法来判定泄漏是否存在。

一种超声波气密性检测仪，包括：超声波换能器组、超声波信号调理电路、A/D转换电路、MCU主控电路及液晶显示部分，其连接关系为：超声波换能器组与超声波信号调理电路的输入端相连，超声波信号调理电路的输出端与A/D转换电路相连，经过A/D电路连接到MCU主控电路上；MCU主控电路外接SSI接口，实现高速数据传输；MCU经过计算，确定泄漏的有无、大小以及泄漏位置，最后将得到的计算后的泄漏状态信息在液晶显示屏上显示，如果有泄漏存在，打出激光束指向泄漏位置。

所述的超声波换能器组由3个超声波换能器组成，接收由泄漏产生的超声波信号并转换成电压信号。

所述的超声波信号调理电路对一组超声波换能器组中的3个超声波换能器的信号进行放大滤波处理；做高通滤波和低通处理，滤波除去无用信号干扰。

所述的A/D转换电路实现模拟量和数字量之间的转换，电路对一组超声波换能器组中的3个超声波换能器接收到的信号进行转换；

所述的MCU主控电路，对采集到的数据进行处理和计算。

工作过程为：通过超声波换能器组接收泄漏产生的超声波信号，并转换为电压信号；然后通过超声波信号调理电路对信号进行滤波和放大；信号经过A/D转换电路后传入MCU；MCU主控电路将得到的信号进行处理和计算，同时在主程序中执行泄漏检测、泄漏定位以及泄漏数据显示程序；最后将计算所得的结果在液晶显示屏上做出相应显示，在泄漏存在的状态下，打出激光束指向泄漏所在位置。

有益效果

1、本发明的一种超声波气密性检测方法及装置，利用信号相关性运算，神经网络训练、D-S证据理论数据融合来判断泄漏的状态和位置，提高了对泄漏判断以及泄漏定位的准确性，泄漏定位误差控制在2%以内。

2、本发明的一种超声波气密性检测方法及装置，克服了现有气体检测装置体积大，携带不方便的缺点，设计了一种利用超声波换能器组检测的气密性检测仪。本装置技术特点为结构紧凑，集成度高，成本低；具有SSI同步串行接口；装置核心部分对外完全电器隔离，提高了抗干扰性；检测效率高适合应用和推广。

附图说明

图1为本发明的仪器外形轮廓图；

图2为本发明的液晶显示模块示意图；

图3为本发明的结构原理流程图；

图4为本发明的软件流程图。

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

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种超声波气密性检测方法，具体步骤如下：

步骤一、使用超声波换能器组检测，得到信号；

步骤二、MCU主控电路将超声波换能器组得到的数据信号进行相关性运算；离散性超声波信号的互相关函数表达式为：

Rxy (m) = \frac{1}{N} Σ_{n = 1}^{N} x (n) y (n + m), (m = 0, &PlusMinus; 1, &PlusMinus; 2 . . . &PlusMinus; n)

上式中Rxy(m)为互相关函数，x(n)为所得的超声波信号，y(n+m)为有效信号，n为自然数，N为信号个数，u(n)为含有噪声信号，E为期望，则当相邻的两个信号进行相关性运算时，可得

Rxy(m)＝E[y_i(n)·y_j(n+m)],(i，j为自然数)

即得到了相关性数值Rxy(m)。

步骤三、将得到的相关性数值通过神经网络变换成泄漏的概率，依据BP神经网络，仅设定输入层和输出层，输入层为互相关运算后得到的数组，输出层为泄漏的概率和未泄露的概率。选用合适的输出层激发函数，可直接用这函数的输出作为泄漏的概率。得到泄漏的概率后再通过D-S证据理论的方法判定泄漏是否存在；

所述的MCU主控电路，对采集到的数据进行处理和计算。

上述的待测目标为具有需要检测气密性的工件或容器。本发明的超声波气密性检测方法及装置可以实现，例如检测出在1000mm处300kPa容器压力下、0.06mm±0.01mm孔径的泄漏孔；泄漏孔定位的精确度达到1mm。

以上对本发明所提供的一种超声波气密性检测方法及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

1.一种超声波气密性检测方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤一、使用超声波换能器组检测，得到信号；

步骤二、主控电路将超声波换能器组得到的数据信号进行相关性运算；即可得到相关性数值；

2.一种超声波气密性检测仪，其特征在于：包括：超声波换能器组、超声波信号调理电路、A/D转换电路、MCU主控电路及液晶显示部分，其连接关系为：超声波换能器组与超声波信号调理电路的输入端相连，超声波信号调理电路的输出端与A/D转换电路相连，经过A/D电路连接到MCU主控电路上；MCU主控电路外接SSI接口，实现高速数据传输；MCU经过计算，确定泄漏的有无、大小以及泄漏位置，最后将得到的计算后的泄漏状态信息在液晶显示屏上显示，如果有泄漏存在，打出激光束指向泄漏位置。

3.如权利要求2所述的一种超声波气密性检测仪，其特征在于：所述的超声波换能器组由3个超声波换能器组成，接收由泄漏产生的超声波信号并转换成电压信号。

4.如权利要求2所述的一种超声波气密性检测仪，其特征在于：所述检测仪的工作过程为：通过超声波换能器组接收泄漏产生的超声波信号，并转换为电压信号；然后通过超声波信号调理电路对信号进行滤波和放大；信号经过A/D转换电路后传入MCU；MCU主控电路将得到的信号进行处理和计算，同时在主程序中执行泄漏检测、泄漏定位以及泄漏数据显示程序；最后将计算所得的结果在液晶显示屏上做出相应显示，在泄漏存在的状态下，打出激光束指向泄漏所在位置。