[发明专利]一种面阵型超声波气体泄漏点定位检测装置及方法

说明书

本发明涉及一种面阵型超声波气体泄漏点定位检测装置及方法，属于气体泄漏检测技术领域。本发明的目的是为了解决现有气体泄漏检测技术中精度低、实时性差、对测量条件要求高、无法计算泄漏点三维坐标的问题，提出一种面阵型超声波气体泄漏点定位检测装置及方法。检测装置包括由中心对称的多元超声波平面阵列、超声波信号采集与演算设备。软件部分包括系统基本处理模块和泄漏定位模块。基本处理模块通过数字滤波、波形甄选和三次样条插值运算实现干扰信号消除、异常数据去除和数据点增加；泄漏定位模块通过到达时间差计算、声压幅值比计算、数据融合和球面坐标方程计算以计算出泄漏点的空间位置。

技术领域

本发明涉及一种面阵型超声波气体泄漏点定位检测装置及方法，属于气体泄漏检测技术领域。

背景技术

近来，我国经济持续快速发展，工业生产规模不断扩大，压力容器的使用日益普及，数量也在不断增加。由压力容器存在泄漏导致的问题也越来越多。在今天不断注重环保与节能的大形势下，需要不断地提高压力容器管道的安全性与可靠性，这就对泄漏检测技术提出了更高的要求。而在很多行业的泄漏检测中，不仅要求判断被测器具是否存在泄漏与计算泄漏量，还需要给出泄漏点位置，方便后期对设备的维修等工作。

目前，超声波泄漏点定位技术尚不成熟，仅局限于二维平面上或对圆柱形容器或管道的泄漏定位。对定位算法的研究也不多，常用的定位算法中，到达时间差定位方法根据声波信号从声源处传播到空间中各传感器处的时间延迟来获取声源位置，其定位精度与时间延迟估计的精确度关系十分密切且精度不高。声压幅值比定位算法的依据是声音或者其他传播信号在介质中的衰减特性，根据传感器测得的信号强度或者信号能量计算声源位置。该方法适用于近场定位，易受到环境噪声的干扰。

发明内容

为了解决现有气体泄漏检测技术中精度低、实时性差、对测量条件要求高、无法计算泄漏点三维坐标的问题，提供一种面阵型超声波气体泄漏点定位检测装置及方法，本发明能够对三维空间中存在的泄漏点进行定位，可以检测任意形状的被测容器或管道，极大地拓宽了超声波泄漏检测定位系统的适用范围。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种面阵型超声波气体泄漏点定位检测装置及方法，包括如下步骤：

步骤一、利用多元超声波传感器平面阵列采集泄漏信号并将其转换为电信号，将放大滤波后的电信号进行模数转换后得到数字信号，将得到的数字信号传输给电脑并进行二次滤波。使用通频带为39～41kHz的带通数字滤波器对采集到的信号进行数字滤波，滤去冗余的高频噪声；

步骤二、对步骤一得到的数字信号进行甄选与插值运算；

步骤2.1、对该信号做快速傅氏变换，得到的信号频域中最大处的幅值对应的时域中的幅值即为甄选阈值，计算信号的极大值序列并根据信号极大值序列找出极值连续大于甄选阈值的数据段；

步骤2.2、在步骤2.1得到的每个数据段中的各相邻序列区间上定义一个三次多项式，要求该多项式在其所属区间起点的函数值等于该点处的信号幅值，且相邻多项式在各自所属序列区间起点上的一阶导数与二阶导数均相等。将得到的三次多项式进行插值运算，增加数据点。

步骤三、以多元超声波传感器平面阵列中心为原点，以该阵列所在平面为x，y轴平面，以起点为原点并垂直于该平面的直线为z轴，建立三维坐标系；

步骤四、计算泄漏点；

步骤4.1、对步骤二得到的数据段，即数字信号，进行互相关运算，计算相邻传感器的信号之间的相位差，通过相位差计算相邻超声波传感器的信号之间的到达时间差，进而计算出泄漏点到达相邻传感器的距离差；