專利名稱：探頭內(nèi)置式氫氣檢漏儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于氣體泄漏檢測領(lǐng)域，具體涉及一種利用氫氣示蹤法檢測可充氣式電纜或 管線泄漏的探頭內(nèi)置式氫氣檢漏儀。
技術(shù)背景中國專利ZL01236193.3公開了一種"充氣式電纜氫氣探漏儀"，為一種使用氫氣示蹤法 對充氣式電纜進(jìn)行檢漏的裝置，采用外置式氫敏探頭，通過將檢測到的氫氣信號轉(zhuǎn)換為電信 號后經(jīng)信號傳輸線直接送到放大電路進(jìn)行放大并由指示電路顯示監(jiān)測到的氫氣濃度檢測結(jié) 果，該裝置存在以下不足-1、 為了提高檢測的靈敏度和響應(yīng)速度，外置式氫敏探頭內(nèi)的氫敏半導(dǎo)體傳感器選用了氫 敏鈀柵場效應(yīng)管元件，該元件的使用要求場效應(yīng)晶體管的芯片裸露在被檢測氣體中，以保證 被檢測氣體與芯片的接觸，同時該氣敏探頭工作時處于通電狀態(tài)，芯片工作溫度較高，所以 實(shí)際工作狀態(tài)中的芯片不能遇水。但是目前充氣式電纜多敷設(shè)于地下管道，管線泄漏需檢測 的環(huán)境多有地下積水或含水量較高的污泥，因此，該外置式氫敏探頭的應(yīng)用范圍受到限制。2、 外置式氫敏探頭的形式主要有手持探頭、地面探頭、空中探頭、管道探頭等，在實(shí)際 工作狀態(tài)時，由于空氣的自然流動，氫氣極易擴(kuò)散，尤其在有風(fēng)時，氫氣上升地面后很容易 吹跑，不利于漏點(diǎn)的快速、準(zhǔn)確定位，造成檢測的靈敏度的下降。3、 沒有連續(xù)數(shù)據(jù)儲存和任何數(shù)字化處理手段，僅僅利用信號幅值作為判據(jù)，通過報警提 醒檢測人員不同濃度氫氣含量，使用中只是依靠報警音量變化難于分辨和確定應(yīng)移動方向， 必須不斷比較當(dāng)前位置與剛才位置所接收到的信號強(qiáng)弱，對于不同靈敏度設(shè)定或不同位置信 號強(qiáng)弱變化難于判斷，不能直觀的指示漏點(diǎn)位置方向并進(jìn)行精確定位。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種適用于測試氫氣的、防風(fēng)、防水、靈敏度高、可對漏點(diǎn)進(jìn) 行精確定位和指示的探頭內(nèi)置式氫氣檢漏儀。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供一種探頭內(nèi)置式氫氣檢漏儀，包括外接吸氣管、微型吸 氣泵、氫敏探頭、信號處理電路和指示電路，其特征在于氫敏探頭和微型吸氣泵內(nèi)置于氫 氣檢漏儀中，所述微型吸氣泵的入口與外接吸氣管的末端封閉連接，氫敏探頭置于微型吸氣 泵的出口管路中，所述氫敏探頭采用氫敏半導(dǎo)體傳感器，其信號輸出端與信號處理電路的輸 入端連接，信號處理電路的輸出信號送至指示電路進(jìn)行檢測結(jié)果和漏點(diǎn)定位指示。所述的微型吸氣泵的排氣量優(yōu)選為0. 5-1. 0L/min。
所述的外接吸氣管由可伸縮螺旋管和一直管組合而成。所述的外接吸氣管由可伸縮螺旋管和一可盤繞的撓性管組合而成。所述的外接吸氣管與微型吸氣泵的連接方式為密封插接式連接或配合螺紋式連接。所述的外接吸氣管的吸入端口設(shè)置一防水過濾器。所述的防水過濾器為一微孔陶瓷濾罩。所述的氫敏半導(dǎo)體傳感器采用氫敏鈀柵場效應(yīng)管；所述的信號處理電路由驅(qū)動放大電路 和記憶分析電路組成。所述的驅(qū)動放大電路由兩個恒流源、 一個比例積分電路、 一個調(diào)零電路和一個可調(diào)增益 電路組成，所述的記憶分析單元由帶A/D轉(zhuǎn)換和存儲器的微處理器或單片機(jī)組成，所述的指 示電路為LCD液晶顯示器、LED發(fā)光二極管、揚(yáng)聲器或耳機(jī)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1、 本實(shí)用新型采用內(nèi)置式氫敏半導(dǎo)體傳感器做氫敏探頭，通過外接吸氣管和內(nèi)置的微型 吸氣泵將檢測目標(biāo)空間內(nèi)的空氣強(qiáng)行吸入，實(shí)現(xiàn)防止被測氣體逸散并對其中氫氣含量進(jìn)行分 析，具有防風(fēng)功能，保證了檢測的靈敏度，具有檢測靈敏度高、選擇性好、響應(yīng)速度快、泄 漏部位定位精度高的優(yōu)點(diǎn)，在有風(fēng)及風(fēng)向多變天氣效果更為明顯，可滿足全天候檢漏操作。2、 本實(shí)用新型通過外接吸氣管強(qiáng)行吸入檢測目標(biāo)空間內(nèi)的空氣利用內(nèi)置式氫敏探頭進(jìn)行 檢測，外接吸氣管的吸入端口設(shè)置防水過濾器，具有防水功能，避免了氧敏鈀柵場效應(yīng)管元 件與水的接觸，解決了在有一定深度積水的情況下，對采用管道敷設(shè)的充氣式電纜進(jìn)行檢漏 的問題，提高了該裝置工作的可靠性和適應(yīng)性。3、 利用數(shù)字信號處理的優(yōu)勢，通過對所檢測到的氫氣信號進(jìn)行連續(xù)記憶、對比、判斷， 可以直接地、實(shí)時地由指示器明確指示出氫敏探頭偏離還是接近泄漏點(diǎn)的趨勢和應(yīng)移動方向， 最終逼近并到達(dá)泄漏點(diǎn)中心(即最高濃度氫氣集中處)，提高了檢測結(jié)果指示的可靠性和直觀 性，從而提高了檢漏效率，減小了檢漏工作強(qiáng)度，降低了對檢漏裝置使用者的經(jīng)驗(yàn)要求。4、 本實(shí)用新型內(nèi)置氫敏探頭和微型吸氣泵，信號處理部分大量使用數(shù)字集成電路，整 機(jī)體積小，指示直觀、移動檢測操作方便。


以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。 圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理框圖。 圖2是本實(shí)用新型驅(qū)動放大電路的結(jié)構(gòu)原理框圖。 圖3是本實(shí)用新型驅(qū)動放大電路實(shí)施例的線路圖。 圖4是本實(shí)用新型的工作原理示意圖。圖中1為探頭內(nèi)置式氫氣檢漏儀，2為外接吸氣管，3為微型吸氣泵，4為氫敏探頭，5
為信號處理電路，6為指示電路，7為驅(qū)動放大電路、8為記憶分析電路，9為氫氣示蹤氣體注入設(shè)備，IO為待測充氣式電纜或地下管線。
具體實(shí)施方式
圖1中，本實(shí)用新型的探頭內(nèi)置式氫氣檢漏儀1包括外接吸氣管2、微型吸氣泵3、氫 敏探頭4、信號處理電路5和指示電路6，其中微型吸氣泵3和氫敏探頭4內(nèi)置于氫氣檢漏儀 中，微型吸氣泵3的入口與外接吸氣管2的末端封閉連接，氫氣檢測部分的氫敏探頭4置于 微型吸氣泵3的出口管路中，吸入采樣氣體經(jīng)過微型吸氣泵3和氫敏探頭4后以增壓的狀態(tài) 沿氣流通路從氫氣檢漏儀本體排出，氫敏探頭4采用氫敏半導(dǎo)體傳感器，其信號輸出端與信 號處理電路5的輸入端連接，信號處理電路5的輸出信號送至指示電路6進(jìn)行檢測結(jié)果和漏 點(diǎn)定位指示。外接吸氣管2可采用在自然狀態(tài)時為螺旋環(huán)繞形態(tài)的可伸縮、彎曲的螺旋管或其它橡膠 軟管與微型吸氣泵3連接，其連接方式為密封插接式連接或配合螺紋式連接，外接吸氣管2 根據(jù)檢測工況需要在可伸縮螺旋管基礎(chǔ)上再組合連接一檢測直管，以適應(yīng)多種情況下的如手 持檢漏；對于無法開挖、有輕度彎曲的地埋式水平管道、小口徑溝渠內(nèi)的長距離探測，則可 再配合連接一可盤繞的撓性管，利用其具有一定硬度、縱向撓性而橫向剛性，耐磨、防水的 特點(diǎn)，在無需外加支撐固定的條件下，延伸進(jìn)入待測目的地，同時為解決在有一定積水深度 的情況下，對采用管道敷設(shè)的充氣式電纜進(jìn)行檢漏的問題，防止將水吸入外接吸氣管，在外 接吸氣管2的吸入端口安裝一防水過濾器，防水過濾器采用現(xiàn)有技術(shù)如微孔陶瓷材料制成的 濾罩等，由于微孔陶瓷材料本身的材質(zhì)特性所致，決定了氣體對其有較好的穿透性，由于氫 氣分子量小，穿透力強(qiáng)，對微孔陶瓷的穿透性更佳，而水的分子量較氫氣要大，相對而言較 難穿過微孔陶瓷制成的濾罩，從而達(dá)到了既須防水又要通氣的目的，微孔陶瓷濾罩的外面還 可安裝一金屬過濾罩，方便更換及耐水沖洗。本實(shí)用新型的內(nèi)置式微型吸氣泵3可選用市售氣體采樣泵或微型真空泵，考慮到外接吸 氣管的長度造成的抽氣端阻力，微型吸氣泵3的排氣量可選擇0.2-3L/min，優(yōu)選為 0.5-1. 0L/min。本實(shí)用新型的信號處理電路5由驅(qū)動放大電路7和記憶分析電路8組成，記憶分析電路 8采用常規(guī)的帶A/D轉(zhuǎn)換和存儲器的微處理器或單片機(jī)；指示電路6采用LCD液晶顯示器、 LED發(fā)光二極管、揚(yáng)聲器或耳機(jī)。驅(qū)動放大電路7驅(qū)動氫敏探頭4工作并將所檢測到的漏點(diǎn)氫氣信號轉(zhuǎn)換為電信號，放大 后送到記憶分析電路8，在微處理器或單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號并被連續(xù)存儲 記憶；當(dāng)漏點(diǎn)氫氣信號隨著外接吸氣管吸氣端口的移動出現(xiàn)強(qiáng)弱變化，在微處理器或單片機(jī)內(nèi)當(dāng)前位置信號始終與此前采樣信號進(jìn)行比較，如果信號逐漸增強(qiáng)，則由指示器8給出向前 指示，當(dāng)漏點(diǎn)氫氣信號達(dá)到最大值并開始逐漸減弱時，說明當(dāng)前位置已越過漏點(diǎn)，指示器8 給出向后指示，當(dāng)再次退回到最大值處時，指示器8給出空心圓形顯示并記憶該信號強(qiáng)度； 此后切換到沿該點(diǎn)左右移動，并以此點(diǎn)最大信號強(qiáng)度為基準(zhǔn)，新的位置信號始終與之相比較，根據(jù)漏點(diǎn)信號逐漸增強(qiáng)還是減弱指示器8分別給出向左/向右信號，比如先向右移動，如果信號繼續(xù)增強(qiáng)，則給出繼續(xù)向前即向右指示，反之則給出相反方向即向左指示，如此繼續(xù)直到 確認(rèn)所記憶信號中的最大值，則確認(rèn)該最大值點(diǎn)即最高濃度氫氣集中處，滿足判斷條件由指示器6給出泄漏中心定點(diǎn)實(shí)心圓形指示，顯示氫氣濃度最大值并發(fā)出漏點(diǎn)定位聲音報警。記憶分析電路8所用單片機(jī)的型號可以選用C8051F020或與之功能相同或相近的微處理 器，微處理器或單片機(jī)的輸入信號接線參照所述型號元件管腳使用說明即可；在微處理器內(nèi)只需設(shè)定邏輯判斷條件即當(dāng)開始采到漏點(diǎn)氫氣信號且當(dāng)前值大于上一采樣信號值，且選擇沿管線方向，則輸出正向箭頭信號，反之輸出反向箭頭信號，并對于該方向上的最大值進(jìn)行記憶；然后選擇垂直管線方向，從沿管線方向上的最大點(diǎn)處開始左右移動，設(shè)定邏輯判斷條 件同前，分別輸出左/右箭頭信號，當(dāng)再次回到最大點(diǎn)處，且該點(diǎn)信號強(qiáng)度與所記憶信號最大 值比較一致，則判斷該點(diǎn)泄漏氫氣濃度最大，根據(jù)氫氣在逸出地面過程中橫向擴(kuò)散很小，基 本在地表面分布范圍成圓形，中心濃度最大的特點(diǎn)，很容易判斷該濃度最大點(diǎn)(須與管線走 向定位一致)為精確泄漏點(diǎn)，從而發(fā)出指令信號驅(qū)動指示器顯示泄漏中心實(shí)心圓形指示，顯 示氫氣濃度最大值或給出漏點(diǎn)中心聲音報警，由工作人員進(jìn)行定位標(biāo)記后繼續(xù)檢測或再次重 復(fù)驗(yàn)證。裝置電源可采用高容量可充電電池并保留外供電源接口 。圖2中，氫敏探頭4采用氫敏鈀柵場效應(yīng)管Pd-M0SFET，其驅(qū)動放大電路7由兩個恒流 源、 一個比例積分電路、 一個放大電路和電源組成，連接方式為氫敏鈀柵場效應(yīng)管的端口 1 與一個恒流源及放大電路的一個輸入端連接，端口 4與另一個恒流源及比例積分電路的一個 輸入端連接，比例積分電路的輸出與氫敏鈀柵場效應(yīng)管的端口 2連接，氫敏鈀柵場效應(yīng)管的 端口3直接與電源連接。電源為電路供電，放大電路的輸出端輸出漏點(diǎn)氫氣模擬信號到記憶 分析電路8。設(shè)置恒流源的目的是為氫敏鈀柵場效應(yīng)管提供一個穩(wěn)定的工作電流，提高其工作穩(wěn)定 性；比例積分電路可以調(diào)整并使得氫敏鈀柵場效應(yīng)管工作在一個適當(dāng)、穩(wěn)定的工作溫度范圍 內(nèi)。圖3中，恒流源電路由穩(wěn)壓二極管Z1、 Z2、電阻R1-R6及三極管BG1和BG2構(gòu)成；電阻 R7、可調(diào)電阻W1和穩(wěn)壓二極管Z3構(gòu)成調(diào)零電路；放大器IC1、電阻R8、 R9、可調(diào)電阻W2構(gòu) 成可調(diào)增益電路；可調(diào)電阻W3構(gòu)成給定電路；放大器IC2，電阻RIO， Rll， R12和Cl構(gòu)成 比例積分電路。其中+5V電源端分別經(jīng)穩(wěn)壓二極管Zl、 Z2負(fù)極和電阻R2、 R5與三極管BG1、BG2的b極和e極連接，-5V電源端分別經(jīng)電阻Rl、 R4與三極管BG1、 BG2的b極連接，三極 管BG1、 BG2的c極分別經(jīng)電阻R3、 R6與氫敏鈀柵場效應(yīng)管的1、 4端連接，氫敏鈀柵場效應(yīng) 管的3端與-5V電源端連接；+5V電源端經(jīng)電阻R7與可調(diào)電阻Wl的1端及穩(wěn)壓二極管Z3的 負(fù)極連接，可調(diào)電阻Wl的2端及穩(wěn)壓二極管Z3的正極與-5V電源端連接，其3端經(jīng)電阻R8 與放大器IC1的一個輸入正端連接，放大器IC1的另一個輸入端與可調(diào)電阻W2的1端、可調(diào) 端3端相接并經(jīng)電阻R9與氫敏鈀柵場效應(yīng)管的1端連接，可調(diào)電阻W2的2端與放大器IC1 的輸出端連接，+5V電源端與可調(diào)電阻W3的1端連接，-5V電源端與可調(diào)電阻W3的2端連接； 放大器IC2的一個輸入負(fù)端經(jīng)電阻Rll與可調(diào)電阻W3的3端相接，并經(jīng)電阻R12與氫敏鈀柵 場效應(yīng)管的4端連接，同時還經(jīng)電容C1負(fù)端、電阻R10與放大器IC2的輸出端連接；放大器 IC2的另一個輸入正端接電源地；放大器IC2的輸出端還與氫敏鈀柵場效應(yīng)管的2端連接。
運(yùn)算放大器IC1、 IC2可以選用LM324、 LM741或與之功能相同或相近的集成電路，電源 可采用可快速充電高容量鋰電池。
設(shè)置調(diào)零電路和可調(diào)放大增益電路可以使本實(shí)用新型適應(yīng)不同的氫敏探頭、線路阻抗以 及電源電壓的波動等。
圖4中，對充氣式電纜或埋地管線10檢漏時，由氫氣示蹤氣體注入設(shè)備9向待測地下 管線注入一定壓力的成分為5%氫氣和95%氮?dú)獾氖聚櫄怏w；當(dāng)漏點(diǎn)氫氣信號逸出到地面時， 攜帶氫氣檢漏儀8沿待測充氣式電纜或地下管線10上方地面移動搜索檢測，其內(nèi)置微型吸氣 泵通過外接吸氣管將漏點(diǎn)氫氣吸入后流經(jīng)內(nèi)置的氫敏探頭后排出，內(nèi)置氫敏探頭將檢測到的 氫氣信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)氫氣檢漏儀8內(nèi)的信號處理電路進(jìn)行放大、存儲和分析處理后， 根據(jù)所測得氫氣信號的強(qiáng)弱變化，氫氣檢漏通過指示電路給出前、后、左、右指示；當(dāng)?shù)竭_(dá) 信號最大值點(diǎn)時，顯示氫氣濃度檢測最大值并給出漏點(diǎn)定位聲音報警。
本實(shí)用新型大量使用數(shù)字集成電路，充分利用數(shù)字信號處理的優(yōu)勢，通過對所檢測到的 漏點(diǎn)氫氣信號進(jìn)行連續(xù)記憶、對比、判斷，可以直接地、實(shí)時地由指示電路明確指示出氧敏 探頭偏離還是接近泄漏點(diǎn)的趨勢和應(yīng)移動方向，最終逼近并到達(dá)泄漏點(diǎn)中心(即最高濃度氫 氣集中處)，提高了檢測結(jié)果指示的可靠性和直觀性，從而提高了檢漏效率，減小了檢漏工作 強(qiáng)度，降低了對檢漏裝置使用者的經(jīng)驗(yàn)要求。
本實(shí)用新型的探頭內(nèi)置式氫氣檢漏儀可做成手推車式或便攜式。由于大量使用集成電 路，工作穩(wěn)定可靠，整機(jī)體積小，移動檢測操作方便，可廣泛用于充氣式電纜或埋地管線的 氫氣示蹤法檢漏。
權(quán)利要求1、 探頭內(nèi)置式氫氣檢漏儀，包括外接吸氣管、微型吸氣泵、氫敏探頭、信號處理電路和 指示電路，其特征在于氫敏探頭和微型吸氣泵內(nèi)置于氫氣檢漏儀中，所述微型吸氣泵的入 口與外接吸氣管的末端封閉連接，氫敏探頭置于微型吸氣泵的出口管路中，所述氫敏探頭采 用氫敏半導(dǎo)體傳感器，其信號輸出端與信號處理電路的輸入端連接，信號處理電路的輸出信 號送至指示電路進(jìn)行檢測結(jié)果和漏點(diǎn)定位指示。
2、 按照權(quán)利要求l所述的探頭內(nèi)置式氫氣檢漏儀，其特征是所述的微型吸氣泵的排氣 量優(yōu)選為0. 5-1.0L/min。
3、 按照權(quán)利要求l所述的探頭內(nèi)置式氫氣檢漏儀，其特征是所述的外接吸氣管由可伸 縮螺旋管和一直管組合而成。
4、 按照權(quán)利要求l所述的探頭內(nèi)置式氫氣檢漏儀，其特征是所述的外接吸氣管由可伸縮螺旋管和一可盤繞的撓性管組合而成。
5、 按照權(quán)利要求l所述的探頭內(nèi)置式氫氣檢漏儀，其特征是所述的外接吸氣管與微型吸氣泵的連接方式為密封插接式連接或配合螺紋式連接。
6、 按照權(quán)利要求l所述的探頭內(nèi)置式氫氣檢漏儀，其特征是所述的外接吸氣管的吸入 端口設(shè)置一防水過濾器。
7、 按照權(quán)利要求6所述的探頭內(nèi)置式氫氣檢漏儀，其特征是所述的防水過濾器為一微 孔陶瓷濾罩。
8、 按照權(quán)利要求l、 2、 3、 4、 5、 6或7所述的探頭內(nèi)置式氫氣檢漏儀，其特征是所 述的氫敏半導(dǎo)體傳感器采用氫敏鈀柵場效應(yīng)管；所述的信號處理電路由驅(qū)動放大電路和記憶 分析電路組成。
9、 按照權(quán)利要求8所述的探頭內(nèi)置式氫氣檢漏儀，其特征是所述的驅(qū)動放大電路由兩 個恒流源、 一個比例積分電路、 一個調(diào)零電路和一個可調(diào)增益電路組成，所述的記憶分析單 元由帶A/D轉(zhuǎn)換和存儲器的微處理器或單片機(jī)組成，所述的指示電路為LCD液晶顯示器、LED 發(fā)光二極管、揚(yáng)聲器或耳機(jī)。
專利摘要一種探頭內(nèi)置式氫氣檢漏儀，包括外接吸氣管、微型吸氣泵、氫敏探頭、信號處理電路和指示電路，其特征在于氫敏探頭和微型吸氣泵內(nèi)置于氫氣檢漏儀中，所述微型吸氣泵的入口與外接吸氣管的末端封閉連接，氫敏探頭置于微型吸氣泵的出口管路中，所述氫敏探頭采用氫敏半導(dǎo)體傳感器，其信號輸出端與信號處理電路的輸入端連接，信號處理電路的輸出信號送至指示電路進(jìn)行檢測結(jié)果和漏點(diǎn)定位指示。優(yōu)點(diǎn)防風(fēng)、防水、指示直觀、可精確定位、減少了檢測勞動強(qiáng)度，可廣泛應(yīng)用于充氣式電纜或埋地管線的泄漏檢測。
文檔編號F17D5/06GK201021756SQ200720019110
公開日2008年2月13日 申請日期2007年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月4日
發(fā)明者耿玉桐 申請人:淄博思科電子技術(shù)開發(fā)有限公司