[發明專利]基于超聲檢測的氣密容器泄漏定位測量系統的測量方法

有效

• 申請號: 202010539536.6
• 申請日: 2020-06-14
• 公開（公告）號: CN111551321B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 劉秀萍;高宏松
• 申請（專利權）人: 南昌市燃氣集團有限公司
• 主分類號: G01M3/24
• 分類號: G01M3/24
• 代理公司: 南昌金軒知識產權代理有限公司 36129
• 代理人: 石紅麗

1.基于超聲檢測的氣密容器泄漏定位測量系統的測量方法，其特征在于，包括主控單片機、超聲發射電路、超聲接收電路、本機差頻振蕩器、模擬乘法器、高頻剪切濾波器、音頻功放模塊和電源供電模塊；

基于超聲檢測的氣密容器泄漏定位測量系統的測量方法的工作流程為：首先控制芯片產生一個40kHz的高頻脈沖信號驅動超聲發射電路產生超聲波模擬泄漏聲源，用超聲接收電路接收超聲信號并將其轉換成電信號，然后對接收到的超聲信號做音頻處理，將超聲信號與由本機差頻振蕩器產生的37kHz的高頻脈沖信號進行混頻，得到3kHz的音頻信號，最后將功率放大，通過耳機發出聲音，進行氣密容器泄漏定位測量；

基于超聲檢測的氣密容器泄漏定位測量方法包括改變角度的聲強定位測量方法和改變距離的聲強定位測量方法；

超聲混頻識別的方法為：若要將信號a和信號b混頻，假設a＝V_acosD_at,b＝V_bcosD_bt,將二信號輸入到模擬乘法器之后得到信號c,信號c的表達式如式1,

信號c中含有二種頻率成分：差頻D_a-D_b和和頻D_a+D_b，然后將信號c接到高頻剪切濾波器，濾掉D_a+D_b的和頻信號，可得D_a-D_b的差頻信號超聲混頻識別圖，k為系數，D_a、D_b為頻率，

若令a為接收到的40kHz超聲信號，b為本機差頻振蕩器產生的37kHz本振信號，則經過模擬乘法器之后得到信號c包含3kHz和77kHz的信號，然后將信號c通過高頻剪切濾波器，過濾掉77kHz的信號，得到3kHz的信號，3kHz的信號再做功率放大并連接耳機，則可識別到相應頻率的聲音；

改變角度的聲強定位測量方法是比較同一點處同一換能器不同入射角時接收到同一聲源信號的幅值強度對聲源定位，當接收的聲源信號在某一角度幅值最大時，說明聲源在以接收換能器軸線為中心、扇形角度為指向角的扇形區域內，再對聲源同平面上的另一點或多個點做測量，得到另一個或者多個扇形區域，聲源就在這二個或者多個扇形區域的重合區域，可初步確定出聲源的粗略區域，將二個或者多個接收換能器在接收信號幅值最大的方向上向聲源逐漸接近時，得到的扇形區域也會逐漸變小，聲源的位置也會隨著傳感器離聲源距離的減小越來越精準；

假設聲源位置已知，用二個換能器在已選定任意位置接收超聲信號，改變超聲換能器的角度，在接收信號具有最大幅值的方向做扇形區域，證明聲源在二個或者多個扇形區域的重合區域內即可；

二維平面中，選取二個換能器分別布置于平面的V₁、U₁二點處，已知聲源在T處，檢測過程中，二個換能器在V₁、U₁處位置不變，旋轉換能器，記錄在各個方向上換能器檢測到的聲壓幅值，聲源在T處，且在聲源軸線上的聲壓值最大，所以在V₁、U₁處二接收換能器分別在直線V₁T、U₁T方向上檢測到的聲壓幅值最大，超聲換能器的指向角，以點V₁、U₁為發射點以直線V₁T、U₁T為中心線繪制角度為方向角的扇形，二扇形重合得到聲源區域1，這時得到的聲源區域大，只能粗略估計聲源在該區域內；

將分別沿著直線V₁T、U₁T向聲源區域的方向選取V₂、U₂二點為超聲換能器的位置，同理，二換能器在V₂、U₂處位置不變，旋轉換能器的方向，在檢測到聲壓幅值最大的方向V₂T、U₂T上以V₂、U₂這二點為發射點在直線V₂T、U₂T為中心線繪制角度為方向角的扇形，二扇形重合得到聲源區域2，這時得到的聲源區域較聲源區域1小，繼續在沿著直線V₂T、U₂T向聲源區域的方向選超聲換能器的位置取為V₃和U₃、V₄和U₄、V₅和U₅……，按以上方法得到聲源區域3、聲源區域4、聲源區域5，隨著超聲換能器的檢測位置逐漸靠近聲源，繪制的聲源區域越來越小，直到超聲換能器靠近聲源、確定聲源位置為止；

改變距離的聲強定位測量方法是在入射角相同時，比較同一傳感器在不同點處接收到同一聲源信號的幅值強度對聲源定位；在聲源同平面上，換能器接收角度保持不變，比較距離聲源不同的各點處傳感器接收到同一聲源信號，超聲換能器是否在主聲束范圍內而使接收的電壓幅值不同，根據得到的信號強度之間的關系實現聲源定位；

改變距離的聲強定位測量方法是在未知聲源位置的情況下，在二維平面內任意選擇一條直線，并在上面分段布置超聲換能器，保持這些超聲換能器的檢測角度一致，超聲換能器因為離聲源的距離不同、是否在聲源的主聲束范圍內導致接收到的聲壓幅值不同，檢測到聲壓幅值表示該超聲換能器在聲源的主聲束范圍內，而其中檢測到最大聲壓幅值表明該超聲換能器在主聲束范圍內且是這條直線上距離聲源中心最近的換能器，在這個換能器的接收方向上做射線，并在垂直于該射線的直線上布置超聲換能器，重復上述步驟，聲源的位置越來越明確；

改變距離的聲強定位測量方法的具體定位過程為：在二維平面上建立直角坐標系，假設將超聲換能器G₁至G₁₁在x軸上以某一設置間距直線排列，若換能器G₅測得的聲壓幅值最大，則點G₅為垂點做直線l₁的垂線h₁，在h₁上距離G₅點的某一距離處做垂直于h₁的直線l₂，并在該直線上等距布置超聲換能器G₁＇至G₁₁＇，分別記錄換能器接收聲壓幅值，若換能器G₆＇測得的聲壓幅值最大，則連接G₆＇和G₅，到直線h₂并延長，重復上述步驟，最終得到聲源的位置。