[發(fā)明專利]可抗短暫環(huán)境噪聲干擾的超聲波氣體泄漏檢測儀

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110352315.9
• 申請(qǐng)日: 2011-11-09
• 公開（公告）號(hào): CN102445309A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 廖平平;李晶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京愛社時(shí)代科技發(fā)展有限公司
• 主分類號(hào): G01M3/04
• 分類號(hào): G01M3/04;G01N29/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于壓縮空氣泄漏檢測領(lǐng)域，涉及一種可抗短暫環(huán)境噪聲干擾的超聲波氣體泄漏檢測儀。

背景技術(shù)

壓縮空氣在使用過程中普遍存在嚴(yán)重的泄漏問題，工廠中泄漏的壓縮空氣通常占總耗氣量的10%-30%，造成很大的能源浪費(fèi)。泄漏檢測成為壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能的重要途徑。

現(xiàn)有超聲波氣體泄漏檢測儀主要原理是：壓縮空氣泄漏產(chǎn)生超聲波，通過超聲波傳感器檢測40kHz左右頻率的超聲信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后經(jīng)過濾波和放大后，由多級(jí)LED進(jìn)行顯示。這種氣體泄漏檢測儀具有反應(yīng)靈敏的優(yōu)點(diǎn)。但是由于現(xiàn)場存在大量的短暫環(huán)境噪聲，這些噪聲含有和泄漏超聲信號(hào)相同的頻率成分，因此，僅通過硬件電路上的帶通濾波器進(jìn)行濾波，并不能去除噪聲信號(hào)。針對(duì)這一情況，本發(fā)明提出的可抗短暫環(huán)境噪聲干擾的超聲波氣體泄漏檢測儀，可以有效的濾除短暫環(huán)境噪聲，避免由短暫環(huán)境噪聲導(dǎo)致的誤報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：提供一種可抗短暫環(huán)境噪聲干擾、誤報(bào)率低的超聲波氣體泄漏檢測儀。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

本發(fā)明以傳統(tǒng)超聲波氣體泄漏檢測儀的工作原理為基礎(chǔ)，在檢測儀中設(shè)計(jì)了以微處理器為核心的數(shù)字電路；在微處理器中設(shè)計(jì)信號(hào)分析與處理軟件程序。現(xiàn)場短暫環(huán)境噪聲具有以下三個(gè)特點(diǎn)：

1）持續(xù)時(shí)間在20-30ms左右；

2）幅值變化較快；

3）幅值比泄漏產(chǎn)生的超聲信號(hào)要大得多；

針對(duì)以上特點(diǎn)，設(shè)計(jì)短暫環(huán)境噪聲濾除算法，該算法的主要實(shí)現(xiàn)步驟如下：

1）采樣M個(gè)點(diǎn)作為一個(gè)數(shù)據(jù)段，計(jì)算該數(shù)據(jù)段內(nèi)信號(hào)平均幅值，可定義為：?

???????????????????????????????????????????????????????????????????????????

其中：a_i是各采樣點(diǎn)信號(hào)值，a是M個(gè)點(diǎn)信號(hào)值平均；

2）按1）所述方法，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻點(diǎn)之前的N個(gè)數(shù)據(jù)段的平均幅值；

3）找出N個(gè)平均幅值中K個(gè)最大值，并進(jìn)行濾除。為了能夠完全濾除20-30ms持續(xù)時(shí)間的短暫環(huán)境噪聲，設(shè)噪聲持續(xù)時(shí)間為T，濾除的平均幅值個(gè)數(shù)K應(yīng)該滿足下式：

K*M/f_s>T

式中：f_s為采樣頻率。

4）將余下的N-K個(gè)平均幅值求平均，并作為最后結(jié)果進(jìn)行顯示。

5）每采樣M個(gè)點(diǎn)作一次上述計(jì)算，即每采樣M個(gè)點(diǎn)進(jìn)行一次顯示更新。

該算法的實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。

1、可抗短暫環(huán)境噪聲干擾，其特征在于：

針對(duì)短暫環(huán)境噪聲的特點(diǎn)，采用微處理器作為平臺(tái)，設(shè)計(jì)噪聲濾除算法，該算法可以從時(shí)域上對(duì)持續(xù)時(shí)間在20-30ms的噪聲信號(hào)進(jìn)行濾除，避免了由此造成的泄漏點(diǎn)誤報(bào)現(xiàn)象。該算法實(shí)現(xiàn)簡單、計(jì)算效率高，并且信號(hào)顯示延遲較小。

2、可軟件標(biāo)定，其特征在于：由于電子元器件導(dǎo)致的放大倍數(shù)不一致，可通過調(diào)整軟件放大倍數(shù)，方便的進(jìn)行軟件標(biāo)定。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：與傳統(tǒng)的超聲波氣體泄漏檢測儀相比，本發(fā)明采用微處理器作為平臺(tái)，內(nèi)置短暫環(huán)境噪聲濾除算法，該算法可以從時(shí)域上對(duì)持續(xù)時(shí)間在20-30ms的噪聲信號(hào)進(jìn)行濾除，避免了由此造成的泄漏點(diǎn)誤報(bào)現(xiàn)象。而且，本檢測儀可以方便的進(jìn)行軟件標(biāo)定，有利于工業(yè)現(xiàn)場的推廣。

附圖說明

圖1?檢測儀系統(tǒng)流程圖。

圖2?算法實(shí)現(xiàn)流程圖。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。?????????????????

1、氣體泄漏超聲波檢測原理

壓縮空氣泄漏時(shí)雷諾數(shù)一般較高，形成湍流射流。湍流的流動(dòng)空間中分布著無數(shù)大小和形狀各不相同的漩渦；射流的流動(dòng)空間不斷加厚，特別是過渡段和主段以后的流動(dòng)空間，由于射出的氣流比周圍氣體速度大得多，周圍的氣體會(huì)不斷地被卷吸進(jìn)流動(dòng)區(qū)域，因而也會(huì)不斷地形成漩渦。因此，對(duì)于湍流射流來說，從靠近狹縫處的初始段至主段以后的很長的區(qū)域內(nèi)，將會(huì)不斷地產(chǎn)生漩渦，并且這些漩渦又在不斷地發(fā)展、破裂，產(chǎn)生新的漩渦。根據(jù)渦動(dòng)力學(xué)理論，渦就是流體的聲音。這些聲音中，有大量的超聲波成分。

傳統(tǒng)的氣體泄漏超聲波檢測的原理是：通過超聲波傳感器檢測頻率在40kHz左右（此頻率段有較高的信噪比）的泄漏超聲波，進(jìn)行放大和濾波，并通過多個(gè)LED進(jìn)行顯示。在本發(fā)明中如圖1，放大和濾波后的信號(hào)首先通過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后通過微處理器計(jì)算信號(hào)平均幅值，并進(jìn)行濾波，最后通過多個(gè)LED進(jìn)行顯示。