[發明專利]一種超聲波氣體泄漏檢測儀

有效

• 申請號: 201510362026.5
• 申請日: 2015-06-26
• 公開（公告）號: CN104880286B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 何柳
• 申請（專利權）人: 成都安可信電子股份有限公司
• 主分類號: G01M3/24
• 分類號: G01M3/24
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司51214
• 代理人: 袁春曉

技術領域

本發明涉及氣體泄漏檢測技術，尤其是一種超聲波氣體泄漏檢測設備。

背景技術

超聲波通常是指頻率高過20KHz的波段，而人耳所能接收到的上限值為16.5KHz。如果一個容器內或管道內充滿氣體，當其內部壓強大于外部壓強時,由于內外壓差較大，一旦容器有漏孔,氣體就會從漏孔沖出。當漏孔尺寸較小且雷諾數（Reynolds number，一種可用來表征流體流動情況的無量綱數）較高時，從漏孔沖出的氣體就會形成湍流，湍流在漏孔附近會產生一定頻率的聲波，聲波振動的頻率與漏孔尺寸有關，在大雷諾數情況下，泄漏孔附近會出現漩渦，由于泄漏孔的氣流比周圍氣體速度大得多，周圍的氣體會不斷地被卷入流動區域，使流動空間不斷擴大，更廣的區域內會不斷形成漩渦，渦流就是流體的聲音。

我們在生產實踐中發現氣體泄漏產生的渦流頻率與漏孔孔徑有關，參見圖1，但是絕大多數情況下因氣體泄漏產生的渦流頻率為38KHz~42KHz，屬于超聲波頻段。因此，可以通過基于超聲波的檢漏技術即是通過超聲探頭來檢測上述超聲波信號的強度和聲源方向來實現對壓力系統泄漏進行檢測的目的。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種基于超聲波的氣體泄漏檢測儀。

本發明采用的技術方案如下：包括超聲波傳感器、差分放大電路、濾波電路、自動增益控制放大電路、AD采樣電路及信號處理器；所述超聲波傳感器、差分放大電路、濾波電路、自動增益控制放大電路、AD采樣電路及信號處理器順次連接；自動增益控制放大電路與信號處理器還具有控制信號連接；所述信號處理器用于提取AD采樣電路輸出的信號的特征值并根據所述特征值識別所述信號是否為氣體泄漏產生的超聲波信號以及用于根據所述信號調節自動增益控制放大電路的增益。

進一步，所述超聲波傳感器用于采集頻率范圍為20KHz~100KHz的超聲波信號。

進一步，還包括信號發生電路、功率放大電路；所述超聲波傳感器包括第一晶振、第二晶振及匹配濾波電路；所述第一晶振、第二晶振均與匹配濾波電路具有信號連接；信號發生電路的輸出端與功率放大電路的輸入端連接，功率放大電路的兩個輸出端與第二晶振的正極、負極對應連接；所述第一晶振的正極與負極分別為超聲波傳感器的兩個輸出端。

進一步，所述匹配濾波電路包括第一電阻、第二電阻、第一電容、第二電容、第三電容、第一電感及第二電感。

所述第一晶振的正極與第一電阻的一端連接，第一晶振的負極接地；

第一電阻的另一端與第一電感的一端連接，第一電容與所述第一電阻并聯；

第一電感的另一端與第二電感的一端、第二電容的一端、第二電阻的一端、第三電容的一端、第二晶振的負極均有連接；

第二電感的另一端、第二電容的另一端、第二電阻的另一端、第三電容的另一端及第二晶振的正極均接地。

進一步，所述濾波電路包括第三電阻~第九電阻，第四電容~第八電容以及運算放大器。

所述第三電阻的一端作為濾波電路的輸入端，第三電阻的另一端與第四電容的一端、第六電容的一端均有連接，第四電容的另一端與運算放大器的反相輸入端連接，第六電容的另一端接地；

第五電容與第四電容并聯，第七電容與第六電容并聯；

第四電阻的一端與運算放大器的反相輸入端連接，第四電阻的另一端接地；第五電阻與第四電阻并聯；

第六電阻的一端與第三電阻的所述另一端連接，第六電阻的另一端與運算放大器的輸出端連接，第七電阻與第六電阻并聯；

第八電阻的一端接地，另一端與運算放大器的正相輸入端連接，第九電阻連接于運算放大器正相輸入端及其輸出端之間；

第八電容的一端與運算放大器的輸出端連接，第八電容的另一端作為濾波電路的輸出端。

綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果是：

1.將模式識別技術運用到氣體泄漏檢測中，本發明采用模式識別技術對采集到的超聲波信號進行自動識別，相比現有技術中的信號閾值判斷更加準確、智能。

2.本發明利用晶振作為超聲波接收元件，并從調諧和匹配兩個方面考慮設計了專門的匹配濾波網絡。一方面使晶振在環境中存在目標頻段超聲波時產生較大幅值的震蕩信號，另一方面，匹配濾波電路將目標頻段超聲波信號進一步放大，抑制非目標頻段的信號。

3.本發明針對超聲波信號設計了專門的濾波電路，其通帶范圍為20KHz~100KHz，進一步提高了信噪比。

4.由于超聲信號在氣體中信號幅度變化較大，本發明采用了自動增益補償技術，來提高接收電路的接收動態范圍。