CN112078825B - 一种浮空器大型囊体微小泄漏点检漏系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种浮空器大型囊体微小泄漏点检漏系统及方法，系统包括充气模块、扫描模块、检漏模块、通讯模块、工控显示模块和气瓶，充气模块、扫描模块、检漏模块通过通讯模块与工控显示模块实现命令通讯以及数据传输。方法包括：工作人员在所述工控显示模块中输入测量参数和测量命令；所述工控显示模块通过通讯模块控制充气模块给囊体充气；所述扫描模块在囊体上移动进行泄漏点检测；所述工控显示模块对检测结果进行显示。本发明的优点是：安全性高，成本低；检测速度快、精度高；通过CCD探头实时图像跟踪标记泄漏点位置，具有泄漏点定位功能；以自动移动的壁面爬行器作为载体，进行囊体表面扫描检测，自动化程度高。

Description

一种浮空器大型囊体微小泄漏点检漏系统及方法

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，具体涉及一种浮空器大型囊体微小泄漏点检漏系统及方法。

背景技术

随着航空科技的大力发展，浮空器由于其能耗小、噪声低、可长时间留空，被称之为“绿色航空器”，可作为空中运输平台、武器平台、空中监视平台、地质勘探、电力线路施工等等，是21世纪的航空新工具。

浮空器中的一个重要组成部分就是气囊，气囊的气密性关系着浮空器安全、留空时间以及使用的经济性。传统的浮空器囊体气密性检测是采用压力法，将囊体内部充空气使其压强超过外界大气压强，检测一段时间内囊体内部与外界大气压强差的变化值，以判断气囊是否存在漏气。这种方法虽然成本较低，但是耗时较长，且无法确定泄漏点的位置，因此实用性较差。

近年来，随着氦质谱仪的出现，气密性检测逐渐开始使用氦气作为示踪气体，通过氦质谱仪检测气囊泄漏氦气的量，采用吸枪对可疑泄漏部位进行扫描或者通过集气罩汇集示漏气体，这种检漏方法灵敏度较高，但检测成本也更高，且对环境本底要求亦较高。

发明内容

本发明主要解决了上述问题，提供了一种检测成本低，精确度高，可定位具体泄漏位置，为气囊修补提供依据的浮空器大型囊体微小泄漏点检漏系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种浮空器大型囊体微小泄漏点检漏系统，包括：

气瓶，与充气模块相连，用于存储气体；

充气模块，用于向囊体内充入气瓶内存储的气体，并保证囊体内的压力；

通讯模块，用于进行数据传输；

扫描模块，搭载有检漏模块，用于扫描囊体表面；

检漏模块，用于检测囊体是否有微小漏孔以及确认漏孔的位置；

工控显示模块，用于接受检测命令，并将命令通过通讯模块传输至充气模块、扫描模块及检漏模块，接受检漏模块输出的检测结果，对泄漏点及泄漏量的大小进行标记和报警提醒。

气瓶中存储氮氢混合气体，利用氮氢混合气体对囊体进行充气后，时扫描模块在囊体上进行移动，使检漏模块根据采集到的气体中氢浓度判断是否有泄漏点及泄漏点大小，自动化程度高，无需工作人员全程参与，采用不可燃氮氢混合气体，检测成本低，安全性高。

作为上述方案的一种优选方案，所述充气模块连接气瓶和囊体，充气模块包括进气减压阀、充气泵、电磁阀和压力传感器，进气减压阀、充气泵、电磁阀和压力传感器依次相连。进气减压阀将气瓶中出来的气体压力降至常压，避免囊体内气压过高导致囊体损坏。

作为上述方案的一种优选方案，所述扫描模块包括承载台和移动机构，所述承载台上设有真空泵、限位滑轨、导轨和驱动电机，所述移动机构设置在限位滑轨内，移动机构通过气管与真空泵相连，驱动电机与移动机构相连，所述导轨上设有检漏模块。扫描模块通过移动机构在囊体表面移动，检漏模块在导轨上移动，两者配合使得检漏模块能够检测整个囊体表面。

作为上述方案的一种优选方案，所述检漏模块包括检测管、转向阀、定位传感器、CCD探头、检测传感器、信号处理器和步进电机，所述检测管、定位传感器和CCD探头固定在转向阀上，转向阀与步进电机相连，检测管与检测传感器连接，检测传感器与信号处理器相连。步进电机驱动转向阀根据工控显示模块中设定的扫描速度在囊体表面沿着导轨移动，转向阀控制检测管与囊体表面垂直或平行，定位传感器用于检测检测管垂直时检测管与囊体表面的距离，确保检测管与囊体表面距离不变，CCD探头用于获取泄漏点图像，信号处理器用于对检测传感器发出的响应信号进行处理。

作为上述方案的一种优选方案，所述移动机构包括伸缩杆和吸附盘，所述伸缩杆与驱动电机相连，伸缩杆一端设有滑动部，滑动部设置在限位滑轨内，伸缩杆另一端设有吸附盘，所述吸附盘与真空泵相连。伸缩杆长度变化配合真空泵实现移动机构的吸附-脱离，驱动电机用于控制伸缩杆在滑轨内移动，实现扫描模块在囊体表面移动。

作为上述方案的一种优选方案，所述通讯模块分别连接充气模块、扫描模块、检漏模块和工控显示模块。

对应的，本发明还提供一种浮空器大型囊体微小泄漏点检漏方法，采用上述一种浮空器大型囊体微小泄漏点检漏系统，包括以下步骤：

S1：工作人员在所述工控显示模块中输入测量参数和测量命令；

S2：所述工控显示模块通过通讯模块控制充气模块给囊体充气；

S3：所述扫描模块在囊体上移动进行泄漏点检测；

S4：所述工控显示模块对检测结果进行显示。

作为上述方案的一种优选方案，在进行泄漏点检测时，扫描模块吸附于气囊表面，转向阀转动至垂直于气囊表面，定位传感器检测检测管顶端与气囊表面的垂直距离，并将数据传输至工控显示模块进行判断，如未达到固定距离，工控显示模块对伸缩杆的长度进行调整使检测管检测距离达到要求，检漏模块在步进电机的驱动下，根据工控显示模块中设定的测量参数在气囊表面沿着导轨移动，当检漏模块检测完一个区域时，扫描模块通过移动机构移动至下一个区域。

作为上述方案的一种优选方案，所述检漏模块进行检测时，囊体表面的气体延检测管进入检测传感器，检测传感器对气体进行浓度检测，检测传感器的产生的响应信号经信号处理器后传输到工控显示模块，工控显示模块对检测数值进行阈值判断，如果超出漏率阈值，工控显示模块记录漏率值，并标记CCD探头的图像，并在显示屏上发出报警提示。

本发明的优点是：以不可燃氮氢气体作为示踪气体，安全性高，成本低；以检测传感器检测泄漏气体浓度从而判断囊体表面是否存在漏孔以及漏孔的大小，检测速度快、精度高；通过CCD探头实时图像跟踪标记泄漏点位置，具有泄漏点定位功能；以自动移动的壁面爬行器作为载体，进行囊体表面扫描检测，自动化程度高。

附图说明

图1为实施例中浮空器大型囊体微小泄漏点检漏系统的一种结构框图。

图2为实施例中扫描模块的一种结构示意图。

图3为实施例中移动机构的一种结构示意图。

图4为实施例中检漏模块的一种结构示意图。

图5为实施例中浮空器大型囊体微小泄漏点检漏方法的一种流程示意图。

1-充气模块、2-扫描模块、3-检漏模块、4-通讯模块、5-工控显示模块、6-气瓶、7-囊体、11-进气减压阀、12-充气泵、13-电磁阀、14-压力传感器、20-滑动部、21-吸附盘、22-伸缩杆、23-真空泵、24-限位滑轨、25-驱动电机、26-导轨、27-气管、28-移动机构、29-承载台、31-检测管、32-转向阀、33-定位传感器、34-检测传感器、35-信号处理器、37-步进电机、38-CCD探头。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例：

本实施例一种浮空器大型囊体微小泄漏点检漏系统，如图1所示，包括充气模块1、扫描模块2、检漏模块3、通讯模块4、工控显示模块5和气瓶6，其中充气模块1、扫描模块2、检漏模块3通过通讯模块4与工控显示模块5实现命令通讯以及数据传输。气瓶6中存储有氮氢混合气体，气瓶与充气模块相连，充气模块1用于向囊体内充入气瓶内存储的氮氢混合气体，并保证囊体内的压力；扫描模块2搭载有检漏模块3，在囊体表面以一定速度扫描移动并进行检测；检漏模块用于检测囊体是否有微小漏孔以及确定漏孔位置，检漏模块的检测结果通过通讯模块4输出至工控显示模块5，工控显示模块接受检漏模块输出的检测结果，对泄漏点及泄漏量的大小进行标记和报警提醒，工控显示模块还用于接受检测命令，并将命令通过通讯模块传输至充气模块、扫描模块及检漏模块。

充气模块1包括进气减压阀11、充气泵12、电磁阀13以及数字压力传感器14，进气减压阀11一端与氮氢混合气瓶相连，另一端依与充气泵12相连，充气泵12、电磁阀13和数字压力传感器14依次相连，最后连接至气囊的封闭口。开始检漏前，气囊内需充注5%高纯氢气和95%高纯氮气的混合气体，气体由气瓶内经过进气减压阀11将气体压力降至常压，在充气泵12的抽气作用下经过开启的电磁阀13和数字压力传感器14进入气囊内，数字压力传感器14实时检测气囊内充注气体的压力，当压力达到工控显示模块中的指定压力时，电磁阀13关闭，充气泵12停止工作。气囊检测时充注压力范围为0.01~0.5MPa。充气泵12、电磁阀13和数字压力传感器14均与通讯模块4相连，工控显示模块5通过通讯模块控制充气泵和电磁阀运行及接收数字压力传感器检测到的压力信息。

如图2所示，扫描模块2是一个壁面爬行器，包括承载台29和移动机构28，承载台上设有真空泵23、限位滑轨24、导轨26和驱动电机25，移动机构设置在限位滑轨内，移动机构通过气管27与真空泵相连，驱动电机与移动机构相连，导轨上设有检漏模块。

如图3所示，移动机构28包括伸缩杆22和吸附盘21，伸缩杆与驱动电机相连，伸缩杆上端设有滑动部20，吸附盘21上方连接一个伸缩杆22，伸缩杆22内有气管27连接吸附盘2-1和真空泵23，每组伸缩杆22上端设有滑动部20，滑动部设置在限位滑轨内，能够在限位滑轨内进行滑动。驱动电机25控制伸缩杆在限位滑轨内移动，工控显示模块5通过通讯模块4控制真空泵和驱动电机的运行及伸缩杆的伸缩。

如图4所示，检漏模块3包括检测管31、转向阀32、定位传感器33、CCD探头38、检测传感器34、信号处理器35和步进电机37，检测管、定位传感器和CCD探头固定在转向阀上，转向阀设置在导轨上，转向阀与步进电机相连，步进电机控制转向阀在导轨上移动，检测管与检测传感器连接，检测传感器与信号处理器相连。检测管31是一段空心管，用于引导泄漏气体进入检测传感器。转向阀32可90°转动，使得检测管或垂直于气囊表面，或平行于气囊表面。定位传感器33是一个红外测距传感器，用于保持检测管垂直于气囊表面时与囊体表面距离不变，检测管距离气囊表面的垂直距离应小于等于3cm。检测传感器34是一个氢敏传感器，其响应信号与氢气浓度成线性关系，测量时，漏点的大小不同使得泄漏出气体浓度不同，检测传感器可定量分析漏点大小。信号处理电路35用于将检测传感器的响应信号经过背底消除、降噪、放大、滤波和模数转化后，输出泄漏率，并通过通讯模块4传输至工控显示模块5。控制显示模块5还通过通讯模块4控制步进电机和转向阀运行及接收CCD探头和定位传感器发出的数据。

通讯模块4采用RS-485总线形式进行信息传输，通讯模块分别连接充气模块1、扫描模块2、检漏模块3和工控显示模块5，使工控显示模块能够控制各个模块及获取到各个模块的信息。

工控显示模块5包括集成处理器和触摸显示屏，触摸显示屏接受操作人员输入的测量参数及测量命令，这些命令通过通讯模块传输至充气模块、扫描模块和检漏模块，并接受充气模块中的数字压力传感器的数据，扫描模块中CCD的图像信息以及检漏模块中定位传感器和检测传感器的测量结果，集成处理器根据检测传感器的测量结果判定已扫描区域是否存在泄漏点以及泄漏点的大小，如存在泄漏点，工控显示模块通过显示屏发出报警提醒并记录泄漏点信息。工控显示模块通过通讯模块控制充气模块中的充气泵12启停、电磁阀13开启，扫描模块2中真空泵23启停、驱动电机25运行和伸缩杆22的伸缩，检漏模块3中转向阀32和步进电机37的运行，接收信号处理器35、CCD探头38和定位传感器33的信号，并对这些信号处理分析。

对应的，本实施例还提供一种浮空器大型囊体微小泄漏点检漏方法，基于上述浮空器大型囊体微小泄漏点检漏系统实现，如图5所示，包括以下步骤：

S1：工作人员在工控显示模块中输入测量参数和测量命令，操作人员通过工控显示模块的触摸显示屏将测量参数输入，包括气囊充注压力、扫描速度和漏率阈值，将进气减压阀一端与氮氢混合气瓶相连，数字压力传感器的出气口连接至气囊的封闭口；

S2：工控显示模块通过通讯模块控制充气模块给囊体充气，检测前，需要往囊体内充注氮氢气体，气体经过进气减压阀11降至常压，充气泵12工作，电磁阀13开启，氮氢气体依次经过进气减压阀、充气泵、开启的电磁阀和数字压力传感器进入气囊内，当数字压力传感器14的压力达到工控显示模块5中的气囊充注压力时，电磁阀13关闭，充气泵12停止工作，准备开始检测；

S3：扫描模块在囊体上移动进行泄漏点检测，在进行泄漏点检测时，扫描模块放置与气囊表面，真空泵23开始工作使得吸附盘内真空，进而使扫描模块吸附于气囊表面，转向阀32转动使检测管垂直于气囊表面，定位传感器检测检测管顶端与气囊表面的垂直距离，并将数据传输至工控显示模块进行判断，如未达到固定距离，工控显示模块对伸缩杆的长度进行调整使检测管检测距离达到要求，检漏模块在步进电机的驱动下，根据工控显示模块中设定的测量参数在气囊表面沿着导轨移动，当检漏模块检测完一个区域时，扫描模块通过移动机构移动至下一个区域；在检漏模块进行检测时，囊体表面的气体延检测管进入检测传感器，当气囊表面有漏孔时，氮氢气体由漏孔逸出通过检测管进入检测传感器，检测传感器对于不同浓度的氢气体产生不同的响应信号，检测传感器的产生的响应信号经信号处理器后传输到工控显示模块，工控显示模块对检测到氢浓度数值进行阈值判断，如果超出漏率阈值，工控显示模块记录漏率值，并标记CCD探头的图像，并在显示屏上发出报警提示，同时控制转向阀转动至气囊表面平行位置，停顿5秒后，步进电机控制转向阀移动一格，转向阀转动至垂直位置继续扫描检测。

S4：工控显示模块对整体检测结果进行显示，检测完成后，通过工控显示模块可以查看所有已检测区域的泄漏点位置以及泄漏点大小，为囊体修复提供准确的数据。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种浮空器大型囊体微小泄漏点检漏系统，其特征在于：包括：

气瓶（6），与充气模块相连，用于存储气体；

充气模块（1），用于向囊体（7）内充入气瓶内存储的气体，并保证囊体内的压力；

通讯模块（4），用于进行数据传输；

扫描模块（2），搭载有检漏模块，用于扫描囊体表面；

检漏模块（3），用于检测囊体是否有微小漏孔以及确认漏孔的位置；

工控显示模块（5），用于接受检测命令，并将命令通过通讯模块传输至充气模块、扫描模块及检漏模块，接受检漏模块输出的检测结果，对泄漏点及泄漏量的大小进行标记和报警提醒；

所述扫描模块（2）包括承载台（29）和移动机构（28），所述承载台上设有真空泵（23）、限位滑轨（24）、导轨（26）和驱动电机（25），所述移动机构设置在限位滑轨内，移动机构通过气管（27）与真空泵相连，驱动电机与移动机构相连，所述导轨上设有检漏模块；

所述检漏模块（3）包括检测管（31）、转向阀（32）、定位传感器（33）、CCD探头（38）、检测传感器（34）、信号处理器（35）和步进电机（37），所述检测管、定位传感器和CCD探头固定在转向阀上，转向阀与步进电机相连，检测管与检测传感器连接，检测传感器与信号处理器相连；

所述移动机构（28）包括伸缩杆（22）和吸附盘（21），所述伸缩杆与驱动电机相连，伸缩杆一端设有滑动部（20），滑动部设置在限位滑轨内，伸缩杆另一端设有吸附盘，所述吸附盘与真空泵相连。

2.根据权利要求1所述的一种浮空器大型囊体微小泄漏点检漏系统，其特征在于：所述充气模块（1）连接气瓶（6）和囊体（7），充气模块包括进气减压阀（11）、充气泵（12）、电磁阀（13）和压力传感器（14），进气减压阀、充气泵、电磁阀和压力传感器依次相连。

3.根据权利要求1所述的一种浮空器大型囊体微小泄漏点检漏系统，其特征在于：所述通讯模块（4）分别连接充气模块（1）、扫描模块（2）、检漏模块（3）和工控显示模块（5）。

4.一种浮空器大型囊体微小泄漏点检漏方法，采用权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于：包括以下步骤：

S1：工作人员在所述工控显示模块中输入测量参数和测量命令；

S2：所述工控显示模块通过通讯模块控制充气模块给囊体充气；

S3：所述扫描模块在囊体上移动进行泄漏点检测；

S4：所述工控显示模块对检测结果进行显示。

5.根据权利要求4所述的一种浮空器大型囊体微小泄漏点检漏方法，其特征在于：在进行泄漏点检测时，扫描模块吸附于气囊表面，转向阀转动使检测管垂直于气囊表面，定位传感器检测检测管顶端与气囊表面的垂直距离，并将数据传输至工控显示模块进行判断，如未达到固定距离，工控显示模块对伸缩杆的长度进行调整使检测管检测距离达到要求，检漏模块在步进电机的驱动下，根据工控显示模块中设定的测量参数在气囊表面沿着导轨移动，当检漏模块检测完一个区域时，扫描模块通过移动机构移动至下一个区域。

6.根据权利要求5所述的一种浮空器大型囊体微小泄漏点检漏方法，其特征在于：所述检漏模块进行检测时，囊体表面的气体延检测管进入检测传感器，检测传感器对气体进行浓度检测，检测传感器的产生的响应信号经信号处理器后传输到工控显示模块，工控显示模块对检测数值进行阈值判断，如果超出漏率阈值，工控显示模块记录漏率值，并标记CCD探头的图像，并在显示屏上发出报警提示。

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