CN114323481B - 一种气体多源泄漏声像定位方法及声像定位系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种气体多源泄漏声像定位方法及声像定位系统。包括以下步骤：采集超声波信号；所述超声波信号由被测物结构体泄漏气体而产生；若超声波信号的幅值大于本底特征信号及设定的阈值，则表明有泄漏发生；拍摄被测物结构体表面有泄漏发生的区域，确定泄漏区域；对泄漏区域网格划分，得到图像梯度图；采用能量叠加和ICA主成分分析方法对超声波信号预处理；从预处理的超声波信号中提取特征频率对应的声压值和特征频带内的声压级值；将声压值和声压级值插入图像梯度图的每个像素区域，得到图像云图；提取图像云图中的峰值点位，即为被测物结构体的泄漏点位置。克服了多源干扰、检测耗时、定位不明晰等缺点，提高测试结果准确性与可靠性。
Description
技术领域
本发明一般涉及真空密封性能测试技术领域，具体涉及一种气体多源泄漏声像定位方法及声像定位系统。
背景技术
目前，对密封结构的密封性能测试通常使用的是示踪气体进行检测的测量方法，是将密封结构中充入一定量或者一定浓度的示漏气体，利用质谱仪进行单点检漏或者总漏率测试。这些方法的灵敏度较高，但对设备和气体有特定的要求；在实际的电力、舰船、飞机等结构密封性有些无法充入特定示漏气体的情况下，也常用超声检漏的方法进行。
现在的超声波泄漏检测方法存在一定的不足，实际操作和应用存在较大的限制性。首先是通过巡检的方式对密封处进行单点检测，耗时长；其次，需要依靠人工进行数值判断，可靠性和准确性不高，需要操作人员要有足够的经验；另外，定位结果显示不直观，无法直接观察到泄漏的确定位置，需要反复的确认；最后，对与多泄漏源的检测极易受到影响，多个漏点会影响定位，导致无法区分，误判，甚至定位误差大。因此，有必要寻求一种能直接反映漏点位置、多漏点源同时检测的测量方法。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种直观反映漏点位置，提高测试结果准确性与可靠性，节省试验时间与成本的气体多源泄漏声像定位方法及声像定位系统。
第一方面，本申请提供的一种气体多源泄漏声像定位方法，包括以下步骤：
采集超声波信号；所述超声波信号由被测物结构体泄漏气体而产生；
若超声波信号的幅值大于检测的本底特征信号及设定阈值，则有泄漏发生；所述设定阈值为开机检测1min内的无泄漏下的环境本底噪声的1.5倍；
拍摄被测物结构体表面有泄漏发生的区域，确定泄漏区域；
对泄漏区域网格划分，得到图像梯度图；
采用能量叠加和ICA主成分分析方法对超声波信号预处理；
从预处理的超声波信号中提取特征频率对应的声压值和特征频带内的声压级值；
将声压值和声压级值插入图像梯度图的每个像素区域，得到图像云图；
提取图像云图中的峰值点位，即为被测物结构体表面的泄漏点位置
根据本申请实施例提供的技术方案，根据以下方法采集被测物结构体向外发出且沿空气传播的超声波信号，具体包括：
探测被测物结构体所处检测场景中的背景噪声，判断是否存在干扰源；
若有干扰源，则屏蔽或关闭干扰源；
若无干扰源，则对被测物结构体表面进行巡检，采集被测物结构体向外发出且沿空气传播的超声波信号。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述本底特征信号在20kHz-100kHz内有主峰且频率范围为37kHz～43kHz。
根据本申请实施例提供的技术方案，根据以下方法将特征声压值和声压级值插入图像梯度图的每个像素区域，得到图像云图，具体包括：
利用ED能量衰减方式处理声压值和声压级值；
将处理后的声压值和声压级值代入图像梯度图对应的像素点；
对临近像素点区域数值校验，形成数据矩阵；
通过线性插值方式将声压值和声压级值补充至数据矩阵，形成图像云图。
第二方面，本申请提供一种基于上述的一种气体多源泄漏声像定位方法的声像定位系统，其特征在于，包括：通信连接的信号采集单元、处理模块和测距模块；
所述信号采集单元，用于采集超声波信号；
所述测距模块，用于测量距被测物结构体表面的距离；
所述处理模块，用于利用数据处理算法处理超声波信号与测量距离，确定被测物结构体表面的泄漏点位置。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述信号采集单元包括：通信连接的信号检测模块、分时复用模块、信号放大模块和多通道AD采集模块；
所述信号检测模块，用于检测被测物结构体向外发出且沿空气传播的超声波信号；
所述分时复用模块，用于切换所述信号检测模块的采集通道，可同时获得不同的超声波信号；
所述信号放大模块，用于将超声波信号放大；
所述多通道AD采集模块，用于将放大的超声波信号发送至所述处理模块。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述处理模块还连接有显示模块，用于显示被测物结构体表面的泄漏点位置。
根据本申请实施例提供的技术方案，还包括：电源模块，其与所述处理模块连接，用于提供电能。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述电源模块与所述处理模块之间还设有电源转化模块，用于将电压转换为系统设定电压。
综上所述，本申请具体地公开了一种气体多源泄漏声像定位方法的具体流程。本申请通过非接触式检测方式，采集超声波信号；所述超声波信号由被测物结构体泄漏气体而产生；若超声波信号的幅值大于设定阈值，则有泄漏发生；拍摄被测物结构体有泄漏发生的区域，确定泄漏区域；对泄漏区域网格划分，得到图像梯度图；采用能量叠加和ICA主成分分析方法对超声波信号预处理；从预处理的超声波信号中提取特征频率对应的声压值和特征频带内的声压级值；将声压值和声压级值插入图像梯度图的每个像素区域，得到图像云图；提取图像云图中的峰值点位，即为被测物结构体表面的泄漏点位置。
在测试过程中不要求示踪气体，一次检测同时检测出多个泄漏源的位置，并形成可视化的云图与实物图相结合，克服了多源干扰、检测耗时、定位不明晰等缺点，提高测试结果准确性与可靠性。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为一种气体多源泄漏声像定位方法的示意图。
图2为声像定位系统的流程示意图。
图中标号：1、信号采集单元；2、测距模块；3、处理模块；4、信号检测模块；5、分时复用模块；6、信号放大模块；7、多通道AD采集模块；8、显示模块；9、电源模块；10、电源转化模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例1
请参考图1所示的本申请提供的一种气体多源泄漏声像定位方法的具体流程，包括以下步骤：
采用非接触式检测方式，采集超声波信号；超声波信号由被测物结构体泄漏气体而产生；
具体地，被测物结构体的泄漏位置有气体喷出，泄漏气体与空气摩擦，产生超声波信号；
其中，声源为：被测物结构体的泄漏位置产生或者内部主动发射源；
根据以下方法被测物结构体向外发出且沿空气传播的超声波信号，具体包括：
探测被测物结构体所处检测场景中的背景噪声，判断是否存在干扰源；
若有干扰源，则屏蔽或关闭干扰源；
若无干扰源，则将被检物进行抽真空或者充入一定压力的正压空气或者其他气体；达到试验要求的压力边界后，利用检测设备沿着被检物的一侧进行区域巡检，非接触式检测被测物结构体表面发出的沿空气传播的超声波信号。
若无泄漏，则所检测超声波信号为检测系统本底噪声信号；
若超声波信号的幅值大于检测的本底特征信号及设定阈值，则有泄漏发生；设定阈值为开机检测1min内的无泄漏下的环境本底噪声的1.5倍；
拍摄被测物结构体表面有泄漏发生的区域，确定泄漏区域；
对泄漏区域网格划分，得到图像梯度图；
采用能量叠加和ICA主成分分析方法对超声波信号预处理，具体地，将每个MEMS传感器单元的数据分配到液晶屏幕等分区域内的中心像素点的数据中，进行傅里叶变换；
从预处理的超声波信号中提取特征频率对应的声压值和特征频带内的声压级值；
此处，本底特征信号在20kHz-100kHz内有主峰且频率范围为37kHz～43kHz。
将声压值和声压级值插入图像梯度图的每个像素区域，得到图像云图；
根据以下方法将特征声压值和声压级值插入图像梯度图的每个像素区域，得到图像云图，具体包括：
利用ED能量衰减方式处理声压值和声压级值；
将处理后的声压值和声压级值代入图像梯度图对应的像素点；
对临近像素点区域数值校验，形成数据矩阵；
通过线性插值方式将声压值和声压级值补充至数据矩阵，根据不同数值形成线性的颜色变换，形成图像云图。
提取图像云图中的峰值点位，即为被测物结构体表面的泄漏点位置。
实施例2
如图2所示，一种基于实施例1所述的一种气体多源泄漏声像定位方法的声像定位系统，包括：通信连接的信号采集单元1、处理模块3和测距模块2；
信号采集单元1，用于采集超声波信号；
具体地，信号采集单元1包括：通信连接的信号检测模块4、分时复用模块5、信号放大模块6和多通道AD采集模块7；
信号检测模块4，用于检测超声波信号；此处，信号检测模块4的类型，例如为可视化的非接触式超声传感器阵列，其采用的是宽频带的非接触式MEMS超声传感器，选用65路传感器，频带为20kHz～100kHz，中心频带为40±3kHz，灵敏度优于-42db，其中间位置融合摄像头，实现可视化的拍照；传感器阵列有一个作为基准测试传感器作为a0，作为稳定性标定；可视化的非接触式超声传感器阵列用于感知沿空气中传播的泄漏超声波信号，以及通过摄像头将检测场景和物体直观地反映到屏幕上；
分时复用模块5，用于切换信号检测模块4的采集通道，可同时获得不同的超声波信号；此处，分时复用模块5的类型，例如为分时复用切换电路，其为4路切换，1路复用测试基准传感器。利用时钟控制，按照从上到下的顺序每4路一同测试采集，将5路信号同时进行采集，并进行分析，将数据存储到寄存器中；
信号放大模块6，用于将超声波信号放大；此处，信号放大模块6的类型，例如为前置放大电路，其采用多级逐级放大和滤波，分别为高通，带通滤波器，将有效信号范围控制在20kHz～100kHz；同时，一级运算放大器经数字电位计实现1-100倍放大，二级放大则为固定100倍，实现100-10000倍可调的信号放大，提取有效的微弱信号，使用多种场合，防止信号过度放大而削峰；
多通道AD采集模块7，用于将放大的超声波信号发送至处理模块3；此处，多通道AD采集模块7的类型，例如为多通道AD采集电路；
测距模块2，用于测量距被测物结构体表面的距离；此处，测距模块2的类型，例如为激光指点测距模块，其采用红点5mW激光光源，进行测距；
处理模块3，用于利用数据处理算法处理超声波信号与测量距离，确定被测物结构体结构表面的泄漏点位置；此处，处理模块3的类型，例如为FPGA核心电路，其优选内嵌ARM核或者外置ARM芯片的情况，配合FPGA实现信号处理和图像处理。其中，FPGA控制AD芯片进行超声信号的采集，其单路采样率可达3MHz；
显示模块8，其与处理模块3连接，用于显示被测物结构体表面的泄漏点位置；此处，显示模块8的类型，例如为液晶屏幕。根据液晶屏幕的像素点进行等分分块，每个分块中心的位置对罩传感器的阵列网格节点。
电源模块9，其与处理模块3连接，用于提供电能；此处，电源模块9的类型，例如为锂电池组，选用锂聚合物电池组12V，电源电路带有电池电压监测，过压及欠压提醒，具备熔断器，放置电池供电过流。
电源转化模块10，设置在电源模块9与处理模块3之间，用于将电压转换为系统设定电压，即系统需要的电源输出，且保持电源输出的稳定性。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (8)
1.一种气体多源泄漏声像定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集超声波信号；所述超声波信号由被测物结构体泄漏气体而产生；
若超声波信号的幅值大于检测的本底特征信号及设定阈值，则有泄漏发生；所述设定阈值为开机检测1min内的无泄漏下的环境本底噪声的1.5倍；
拍摄被测物结构体表面有泄漏发生的区域，确定泄漏区域；
对泄漏区域网格划分，得到图像梯度图；
采用能量叠加和ICA主成分分析方法对超声波信号预处理；
从预处理的超声波信号中提取特征频率对应的声压值和特征频带内的声压级值；
将声压值和声压级值插入图像梯度图的每个像素区域，得到图像云图；
根据以下方法将特征声压值和声压级值插入图像梯度图的每个像素区域，得到图像云图，具体包括：
利用ED能量衰减方式处理声压值和声压级值；
将处理后的声压值和声压级值代入图像梯度图对应的像素点；
对临近像素点区域数值校验，形成数据矩阵；
通过线性插值方式将声压值和声压级值补充至数据矩阵，形成图像云图；
提取图像云图中的峰值点位，即为被测物结构体表面的泄漏点位置。
2.根据权利要求1所述的一种气体多源泄漏声像定位方法，其特征在于，根据以下方法采集被测物结构体向外发出且沿空气传播的超声波信号，具体包括：
探测被测物结构体所处检测场景中的背景噪声，判断是否存在干扰源；
若有干扰源，则屏蔽或关闭干扰源；
若无干扰源，则对被测物结构体表面进行巡检，采集被测物结构体向外发出且沿空气传播的超声波信号。
3.根据权利要求1所述的一种气体多源泄漏声像定位方法，其特征在于，所述本底特征信号在20kHz-100kHz内有主峰且频率范围为37kHz~43kHz。
4.一种基于权利要求1至3任一项所述的一种气体多源泄漏声像定位方法的声像定位系统，其特征在于，包括：通信连接的信号采集单元、处理模块和测距模块；
所述信号采集单元，用于采集被测物结构体向外发出且沿空气传播的超声波信号；
所述测距模块，用于测量距被测物结构体表面的距离；
所述处理模块，用于利用数据处理算法处理超声波信号与测量距离，确定被测物结构体表面的泄漏点位置。
5.根据权利要求4所述的一种气体多源泄漏声像定位方法，其特征在于，所述信号采集单元包括：通信连接的信号检测模块、分时复用模块、信号放大模块和多通道AD采集模块；
所述信号检测模块，用于检测超声波信号；
所述分时复用模块，用于切换所述信号检测模块的采集通道，可同时获得不同的超声波信号；
所述信号放大模块，用于将超声波信号放大；
所述多通道AD采集模块，用于将放大的超声波信号发送至所述处理模块。
6.根据权利要求4所述的一种气体多源泄漏声像定位方法，其特征在于，所述处理模块还连接有显示模块，用于显示被测物结构体表面的泄漏点位置。
7.根据权利要求4所述的一种气体多源泄漏声像定位方法，其特征在于，还包括：电源模块，其与所述处理模块连接，用于提供电能。
8.根据权利要求7所述的一种气体多源泄漏声像定位方法，其特征在于，所述电源模块与所述处理模块之间还设有电源转化模块，用于将电压转换为系统设定电压。
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