CN111076874A - 基于阵列式排布的超声波气密性检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于阵列式排布的超声波气密性检测装置及方法，该装置包括超声波传感器组、信号放大电路、音频处理电路、模数转换电路、主处理器、显示模块、接口电路和供电模块；超声波传感器组包括阵列式排布的多个超声波传感器，用于对产品进行360°全方位检测，接收产品气体泄漏时产生的超声波信号；信号放大电路用于对超声波信号进行放大，一路输入音频处理电路，另一路经模数转换电路输入主处理器；音频处理电路用于将输入信号转化为音频信号；主处理器用于对数字信号进行融合处理，判断是否泄漏并确定泄漏位置，并将判断结果在显示模块显示。该检测装置及方法有利于对被检测产品进行360°全方位检测，提高检测的精度和灵敏度。
Description
技术领域
本发明属于气体泄漏检测技术领域，具体涉及一种基于阵列式排布的超声波气密性检测装置及方法。
背景技术
在很多产品的生产过程中，需要对产品的气密性进行检测，以保证产品的出厂质量。现有的多种气体泄漏检测技术中，超声波检测以其反应迅速，检测灵敏得到了广泛的应用。超声波检测的原理是，当被检测物体发生气体泄漏时，由于物体内外的压力差使得物体内的气体在通过泄漏点到达其外时，由于挤压而形成涡流，这个涡流震荡变化产生压力波或声波。泄漏产生的声波有很宽的频谱，通常分布在6-80KHz之间，声波法检测就是将泄漏产生的声波作为信号源，用灵敏的传感器接收，将此声波转换为电信号，通过相关的软硬件方法分析以确定泄漏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于阵列式排布的超声波气密性检测装置及方法，该检测装置及方法有利于对被检测产品进行360°全方位检测，提高检测的精度和灵敏度。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于阵列式排布的超声波气密性检测装置，包括超声波传感器组、信号放大电路、音频处理电路、模数转换电路、主处理器、显示模块、接口电路和供电模块；
所述超声波传感器组包括阵列式排布的多个超声波传感器，用于对被检测产品进行360°检测，全方位接收被检测产品气体泄漏时产生的超声波信号；
所述信号放大电路用于对超声波传感器组接收到的超声波信号进行放大，然后分两路一路输入到音频处理电路，另一路经模数转换电路输入到主处理器；
所述音频处理电路用于对信号放大电路输入的信号进行处理，转化为人耳可听的音频信号；
所述主处理器用于对放大和模数转换后的数字信号进行融合处理，判断是否泄漏并确定泄漏位置，最后将判断结果在显示模块上进行显示。
进一步地，所述超声波传感器组的多个超声波传感器阵列式安装于产品传送带上的传感器安装架上，以360°全方位检测产品传送带上的被检测产品。
进一步地，所述传感器安装架包括分别设于产品传送带上、下、左、右侧以及沿传送方向前、后侧的上、下、左、右、前、后侧架，所述上、下、左、右、前、后侧架上分别采用线性阵列式排布方式安装有多个超声波传感器，以组成所述超声波传感器组；所述产品传送带为带有漏孔的传送带，以使下侧架上的超声波传感器可以对产品传送带上的被检测产品的下表面进行检测；所述前侧架和后侧架均为升降机构，以使被检测产品能够进出传感器安装架。
进一步地，所述被检测物品为处于充气完成状态下的泳圈或气垫床。
进一步地，所述超声波传感器组的所有超声波传感器对处于充气完成状态下的泳圈或气垫床进行360°全方位检测。
进一步地，所述供电模块包括供电电池和电源管理模块，所述供电电池通过电源管理模块为检测装置供电，所述电源管理模块上设有充电接口，以通过充电接口连接外部电源为供电电池充电。
进一步地，所述电源管理模块上还设有用于显示充电电量的充电指示灯。
本发明还提供了一种基于阵列式排布的超声波气密性检测方法，包括以下步骤：
S1）检测装置初始化一次对基本可信度的分配，并通过超声波传感器组的各超声波传感器采集超声波信号；
S2）如果未接收到被检测产品气体泄漏时产生的超声波信号，则判断为合格，直接转步骤S4；如果接收到被检测产品气体泄漏时产生的超声波信号，每接收到一个超声波信号，就进行一次基本可信度分配，并根据Dempster证据合成规则进行一次可信度分配，直到处理完所有超声波信号，转步骤S3；
S3）基于得到的可信度分配进行判断决策：如果目标类别的可信度与其他类别的可信度之差大于设定阈值，即判断结果为泄漏时，泄漏的可信度大于未泄露的可信度和不确定的可信度；判断结果为未泄露时，未泄露的可信度大于泄漏的可信度和不确定的可信度，则判断该目标类别成立；
S4）输出判断决策结果，如果判断结果为泄漏，同时输出泄漏位置。
进一步地，输出的判断决策结果在显示模块上进行显示：对各超声波传感器依次进行编号，所述显示模块上设有与各超声波传感器对应的多个指示灯，若某个超声波传感器检测到超声波信号，则显示模块上对应的指示灯闪烁并发出蜂鸣，同时在显示模块上显示出泄漏位置的坐标范围。
进一步地，当超声波传感器检测到超声波信号时，经过音频处理电路处理后转化为人耳可听的音频信号，通过与音频放大电路连接的耳机或扬声装置进行声音报警。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：提供了一种基于阵列式排布的超声波气密性检测装置及方法，通过阵列排布的多个超声波传感器对被检测产品进行360°全方位检测，然后基于DS证据理论进行融合处理，确定是否泄漏以及泄漏的位置，不仅具有检测精度高的优点，而且对微弱泄漏信号的检测能力强，尤其是实现了对处于充气完成状态下的泳圈或气垫床的360°全方位检测及实时泄漏点定位。此外，本装置及方法还具有装置体积小，稳定性好，动态检测等优点，具有很强的实用性和广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例的装置结构原理图。
图2是本发明实施例的装置局部结构示意图。
图3是本发明实施例中信号放大电路的原理框图。
图4是本发明实施例中音频处理电路的原理框图。
图5是本发明实施例的方法实现原理图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供了一种基于阵列式排布的超声波气密性检测装置，如图1所示，包括超声波传感器组、信号放大电路、音频处理电路、模数转换电路、主处理器、显示模块、接口电路和供电模块。
所述超声波传感器组包括与信号放大电路同步相连的多个超声波传感器，并以阵列式排布，用于对被检测产品进行360°检测，全方位接收被检测产品气体泄漏时产生的超声波信号。根据被检测产品的不同，超声波传感器的设置可以做调整变化。在本实施例中，超声波传感器采用FUS-40RC型超声波传感器，其额定频率为40KHz，带宽6KHz，分辨率9mm，接收灵敏度为-46dB即5mV/pa。
所述信号放大电路用于对超声波传感器组接收到的超声波信号进行放大，然后分两路一路输入到音频处理电路，另一路经模数转换电路输入到主处理器。
如图3所示，在本实施例中，信号放大电路的前置放大电路选用ADI公司的AD8422作为传感器的前置放大器，AD8422是一款高精度、低功耗、低噪声的仪表放大器，AD8422有良好的线性放大特性，增益带宽积2.2MHz，除此之外，AD8422还具有极地偏低电流，高源阻抗时不会产生误差，可以良好的匹配高输出阻抗的超声波传感器。放大器通常有单端和差分两种输入方式，虽然差分输入模式可以很好地抑制共模干扰和外部电磁干扰，但差分输入的抗干扰特性也会降低放大器的灵敏度，因此AD8422的输入电路采用单端式输入。
由于传感器输出的微弱信号经第一级放大后的信号比较微弱，因此设计多级放大电路将信号充分放大才能驱动模数转换电路，本发明选用增益带宽积更大的AD620仪表放大器设计后级放大电路，其增益带宽为1.2GHz，具有高精度、低成本等特性。
泄漏检测环境中存在着各种噪声信号，且泄漏信号经过放大电路放大不可避免的会引入一些电路噪声，这些噪声也会通过后级放大电路进行放大，甚至会淹没微弱的泄漏信号，为了提高整个信号调理电路的信噪比，在两级放大电路之间设置有源带通滤波器，以滤除带外噪声干扰。有源带通滤波器采用ADI生产的AD823A运算放大器设计，滤波电路的高频截止频率为42KHz，低频截止频率为38KHz。
人耳可听声音频率为额20-20000Hz，而检测到的泄漏信号是高于20Kz的超声信号，因此泄漏信号需要降频处理才可以转换为人耳可听声。
所述音频处理电路用于对信号放大电路输入的信号进行处理，转化为人耳可听的音频信号。如图4所示，在本实施例中，音频处理电路包括混频滤波电路和功率放大电路。通过AD633模拟乘法器实现混频功能，混频后的信号通过AD823A设计的低通滤波器滤除高频成分后得到音频信号，经混频滤波后得到的低频信号微弱，不足以驱动耳机发声，微弱的音频信号必须通过音频功率放大器放大后方可驱动耳机报警。
所述A/D模数转换电路选用ADAS3022作为泄漏检测的模数转换器，模数转换电路工作时产生热量，若不能及时散热则会对模数转换器性能产生影响，从而影响装置的检测可靠性，因此采用PCB板的散热设计和温度监控结合的办法确保ADAS3022正常工作。
所述主处理器用于对放大和模数转换后的数字信号进行融合处理，判断是否泄漏并确定泄漏位置，最后将判断结果在显示模块上进行显示。
在本实施例中，主处理器可以直接外接LCD接口，显示模块的触摸控制芯片选用TSC2046。接口电路设计是为了将检测装置的数据传输到计算机或者其他上位机进行处理或者记录，接口电路可以采用RS-232串口以及USB接口等。
所述供电模块包括供电电池和电源管理模块，所述供电电池通过电源管理模块为检测装置供电，所述电源管理模块上设有充电接口，以通过充电接口连接外部电源为供电电池充电。所述电源管理模块上还设有用于显示充电电量的充电指示灯。
如图2所示，为了能够检测产品传送带上的被检测产品3，所述超声波传感器组的多个超声波传感器2阵列式安装于产品传送带1上的传感器安装架上，以360°全方位检测产品传送带上的被检测产品。在本实施例中，所述传感器安装架包括分别设于产品传送带上、下、左、右侧以及沿传送方向前、后侧的上、下、左、右、前、后侧架，所述上、下、左、右、前、后侧架上分别采用线性阵列式排布方式安装有多个超声波传感器，以组成所述超声波传感器组；所述产品传送带为带有漏孔的传送带，以使下侧架上的超声波传感器可以对产品传送带上的被检测产品的下表面进行检测；所述前侧架和后侧架均为升降机构，以使被检测产品能够进出传感器安装架，既保证了超声波传感器对待检测产品的检测，又保证了待检测产品可以随着产品传送带平稳前进。所述被检测物品为处于充气完成状态下的泳圈或气垫床。所述超声波传感器组的所有超声波传感器对处于充气完成状态下的泳圈或气垫床进行360°全方位检测。
本发明还提供了应用上述检测装置进行超声波气密性检测的方法，如图5所示，包括以下步骤：
S1）检测装置初始化一次对基本可信度的分配，并通过超声波传感器组的各超声波传感器采集超声波信号。
S2）如果未接收到被检测产品气体泄漏时产生的超声波信号，则判断为合格，直接转步骤S4；如果接收到被检测产品气体泄漏时产生的超声波信号，每接收到一个超声波信号，就进行一次基本可信度分配，并根据Dempster证据合成规则进行一次可信度分配，直到处理完所有超声波信号，转步骤S3。
S3）基于得到的可信度分配进行判断决策：如果目标类别的可信度与其他类别的可信度之差大于设定阈值，即判断结果为泄漏时，泄漏的可信度大于未泄露的可信度和不确定的可信度；判断结果为未泄露时，未泄露的可信度大于泄漏的可信度和不确定的可信度，则判断该目标类别成立。
S4）输出判断决策结果，如果判断结果为泄漏，同时输出泄漏位置。
其中，输出的判断决策结果在显示模块上进行显示：对各超声波传感器依次进行编号，所述显示模块上设有与各超声波传感器对应的多个指示灯，若某个超声波传感器检测到超声波信号，则显示模块上对应的指示灯闪烁并发出蜂鸣，同时在显示模块上显示出泄漏位置的坐标范围。若超声波传感器未检测到超声波信号，则显示模块上指示灯不闪烁且无蜂鸣声。当超声波传感器检测到超声波信号时，经过音频处理电路处理后转化为人耳可听的音频信号，通过与音频放大电路连接的耳机或扬声装置进行声音报警。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于阵列式排布的超声波气密性检测装置，其特征在于，包括超声波传感器组、信号放大电路、音频处理电路、模数转换电路、主处理器、显示模块、接口电路和供电模块；
所述超声波传感器组包括阵列式排布的多个超声波传感器，用于对被检测产品进行360°检测，全方位接收被检测产品气体泄漏时产生的超声波信号；
所述信号放大电路用于对超声波传感器组接收到的超声波信号进行放大，然后分两路一路输入到音频处理电路，另一路经模数转换电路输入到主处理器；
所述音频处理电路用于对信号放大电路输入的信号进行处理，转化为人耳可听的音频信号；
所述主处理器用于对放大和模数转换后的数字信号进行融合处理，判断是否泄漏并确定泄漏位置，最后将判断结果在显示模块上进行显示。
2.根据权利要求1所述的基于阵列式排布的超声波气密性检测装置，其特征在于，所述超声波传感器组的多个超声波传感器阵列式安装于产品传送带上的传感器安装架上，以360°全方位检测产品传送带上的被检测产品。
3.根据权利要求2所述的基于阵列式排布的超声波气密性检测装置，其特征在于，所述传感器安装架包括分别设于产品传送带上、下、左、右侧以及沿传送方向前、后侧的上、下、左、右、前、后侧架，所述上、下、左、右、前、后侧架上分别采用线性阵列式排布方式安装有多个超声波传感器，以组成所述超声波传感器组；所述产品传送带为带有漏孔的传送带，以使下侧架上的超声波传感器可以对产品传送带上的被检测产品的下表面进行检测；所述前侧架和后侧架均为升降机构，以使被检测产品能够进出传感器安装架。
4.根据权利要求3所述的基于阵列式排布的超声波气密性检测装置，其特征在于，所述被检测物品为处于充气完成状态下的泳圈或气垫床。
5.根据权利要求4所述的基于阵列式排布的超声波气密性检测装置，其特征在于，所述超声波传感器组的所有超声波传感器对处于充气完成状态下的泳圈或气垫床进行360°全方位检测。
6.根据权利要求1所述的基于阵列式排布的超声波气密性检测装置，其特征在于，所述供电模块包括供电电池和电源管理模块，所述供电电池通过电源管理模块为检测装置供电，所述电源管理模块上设有充电接口，以通过充电接口连接外部电源为供电电池充电。
7.根据权利要求6所述的基于阵列式排布的超声波气密性检测装置，其特征在于，所述电源管理模块上还设有用于显示充电电量的充电指示灯。
8.一种基于阵列式排布的超声波气密性检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1）检测装置初始化一次对基本可信度的分配，并通过超声波传感器组的各超声波传感器采集超声波信号；
S2）如果未接收到被检测产品气体泄漏时产生的超声波信号，则判断为合格，直接转步骤S4；如果接收到被检测产品气体泄漏时产生的超声波信号，每接收到一个超声波信号，就进行一次基本可信度分配，并根据Dempster证据合成规则进行一次可信度分配，直到处理完所有超声波信号，转步骤S3；
S3）基于得到的可信度分配进行判断决策：如果目标类别的可信度与其他类别的可信度之差大于设定阈值，即判断结果为泄漏时，泄漏的可信度大于未泄露的可信度和不确定的可信度；判断结果为未泄露时，未泄露的可信度大于泄漏的可信度和不确定的可信度，则判断该目标类别成立；
S4）输出判断决策结果，如果判断结果为泄漏，同时输出泄漏位置。
9.根据权利要求8所述的基于阵列式排布的超声波气密性检测方法，其特征在于，输出的判断决策结果在显示模块上进行显示：对各超声波传感器依次进行编号，所述显示模块上设有与各超声波传感器对应的多个指示灯，若某个超声波传感器检测到超声波信号，则显示模块上对应的指示灯闪烁并发出蜂鸣，同时在显示模块上显示出泄漏位置的坐标范围。
10.根据权利要求8所述的基于阵列式排布的超声波气密性检测方法，其特征在于，当超声波传感器检测到超声波信号时，经过音频处理电路处理后转化为人耳可听的音频信号，通过与音频放大电路连接的耳机或扬声装置进行声音报警。
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