專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于時(shí)差定位原理的氣體泄漏點(diǎn)掃描儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于壓縮空氣泄漏檢測(cè)領(lǐng)域，涉及一種基于時(shí)差定位原理的氣體泄漏點(diǎn)掃描儀。
背景技術(shù)：
壓縮空氣在使用過(guò)程中普遍存在嚴(yán)重的泄漏問(wèn)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(cè)成為壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能的重要途徑?，F(xiàn)有單個(gè)傳感器的超聲波氣體泄漏檢測(cè)儀的原理是壓縮空氣的泄漏會(huì)產(chǎn)生超聲波，超聲波的傳播具有很好的方向性，當(dāng)超聲傳感器正對(duì)泄漏點(diǎn)超聲波的傳播方向時(shí)，其輸出的電壓信號(hào)幅值最高。在泄漏點(diǎn)檢測(cè)過(guò)程中，隨著超聲傳感器朝向的改變，其輸出幅值出現(xiàn)極大值點(diǎn)時(shí)，即認(rèn)為其朝向的前方存在泄漏點(diǎn)。但是，實(shí)際用于氣體泄漏檢測(cè)的超聲傳感器存在半功率角，即超聲波從這個(gè)角度范圍內(nèi)入射，傳感器都會(huì)輸出高平信號(hào)，導(dǎo)致檢測(cè)儀對(duì)泄漏點(diǎn)的方向定位不精確。針對(duì)這一情況，本發(fā)明提出的基于三個(gè)超聲傳感器的氣體泄漏點(diǎn)檢測(cè)儀，主要采用時(shí)差定位原理對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行方向定位，從原理上避免了上述由于超聲傳感器的半功率角較大導(dǎo)致的定位不精確，且使用方便，有利用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的廣泛推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于時(shí)差定位原理的、高定位精度的氣體泄漏點(diǎn)檢測(cè)儀。本發(fā)明的技術(shù)方案是
本發(fā)明采用三個(gè)超聲傳感器共同接收泄漏點(diǎn)產(chǎn)生的超聲信號(hào)，三個(gè)超聲傳感器指向相同，且在空間上排列成等邊三角形。由于泄漏點(diǎn)到三個(gè)超聲傳感器的距離各不相同，三路超聲信號(hào)兩兩之間存在時(shí)間差。通過(guò)估算，可得到泄漏點(diǎn)超聲信號(hào)到達(dá)三個(gè)傳感器的時(shí)間差， 進(jìn)而可得到泄漏點(diǎn)到三個(gè)超聲傳感器的相對(duì)位置信息。根據(jù)泄漏點(diǎn)到三個(gè)超聲傳感器的相對(duì)位置信息，將超聲傳感器所構(gòu)成的等邊三角形及其擴(kuò)展區(qū)域劃分成六個(gè)區(qū)域(如圖2所示)，可將泄漏點(diǎn)的方位定位到其中某個(gè)區(qū)域。 假設(shè)三路超聲傳感器信號(hào)分別為Si、S2和s3, S1相對(duì)于S2的延時(shí)設(shè)為dt12,同理，S2相對(duì)于 S3的延時(shí)設(shè)為dt23，S1相對(duì)于S3的延時(shí)設(shè)為dt13。dt12、dt23和dt13通過(guò)對(duì)三路超聲信號(hào)進(jìn)行時(shí)延估計(jì)得到。根據(jù)dt12、dt23和dt13的數(shù)值的正負(fù)性，可得出泄漏點(diǎn)位于圖2所示的某一個(gè)區(qū)域的正前方。具體情況如下
(I)當(dāng) dt12<0,dt23<0,Cit13<0時(shí)，泄漏點(diǎn)位于區(qū)域①的正前方(2)當(dāng) dt12<0,dt23>0,Cit13<0時(shí)，泄漏點(diǎn)位于區(qū)域②的正前方(3)當(dāng) dt12<0,dt23>0,Cit13>0時(shí)，泄漏點(diǎn)位于區(qū)域③的正前方(4)當(dāng) dt12>0,dt23>0,Cit13>0時(shí)，泄漏點(diǎn)位于區(qū)域④的正前方(5)當(dāng) dt12>0,dt23<0,Cit13>0時(shí)，泄漏點(diǎn)位于區(qū)域⑤的正前方(6)當(dāng) dt12>0,dt23<0,Cit13<0時(shí)，泄漏點(diǎn)位于區(qū)域⑥的正前方
由超聲傳感器的等邊三角形布置可知，當(dāng)氣體泄漏點(diǎn)到三個(gè)超聲傳感器的距離完全相等時(shí)，泄漏點(diǎn)處于由三個(gè)傳感器構(gòu)成的等邊三角形的正前方，且泄漏點(diǎn)和等邊三角形中心的連線與傳感器的朝向平行。因此，在分析出泄漏點(diǎn)的方位之后，可泄漏檢測(cè)儀向泄漏點(diǎn)的方位旋轉(zhuǎn)一定的角度，以使泄漏點(diǎn)的位于等邊三角形的中心的正前方，亦即，等邊三角形的中心指向泄漏點(diǎn)。通過(guò)上述過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)泄漏點(diǎn)方位的精確檢測(cè)，并且具有檢測(cè)偏差不隨檢測(cè)距離的增大而增大的特點(diǎn)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是與傳統(tǒng)的超聲波氣體泄漏檢測(cè)儀相比，本發(fā)明從原理上避免了上述由于超聲傳感器的半功率角較大導(dǎo)致的定位不精確的問(wèn)題，方位檢測(cè)精度大幅提高， 并且，檢測(cè)偏差不隨檢測(cè)距離的增大而增大。此外，本發(fā)明還具有使用簡(jiǎn)單、方便，易于在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)推廣等優(yōu)點(diǎn)。


圖I檢測(cè)儀原理示意圖
I.超聲傳感器I (S1), 2.超聲傳感器2 Cs2), 3.超聲傳感器3 Cs3), 4.泄漏點(diǎn)，
5.等邊三角形中心。圖2泄漏點(diǎn)方位尋找示意圖
I.超聲傳感器I (S1), 2.超聲傳感器2 Cs2), 3.超聲傳感器3 Cs3), 5.等邊三角形中心。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā)明按實(shí)現(xiàn)的功能分成三個(gè)部分傳感器部分、信號(hào)處理部分、結(jié)果分析與顯示部分。(I)傳感器部分由三個(gè)具有較高性能的超聲傳感器組成，朝向相同并布置成邊長(zhǎng)為3 cm的等邊三角形。傳感器部分接收由泄漏點(diǎn)發(fā)出的超聲信號(hào)，輸出三路電壓模擬信號(hào)。(2)信號(hào)處理部分傳感器部分輸出的三路電壓模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，輸入到數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)。由于泄漏點(diǎn)到三個(gè)超聲傳感器的距離各不相同，接收到的三路超聲信號(hào)相互之間存在時(shí)間差。通過(guò)時(shí)延估計(jì)算法估計(jì)三路超聲信號(hào)兩兩之間的時(shí)間差。延遲估計(jì)算法種類(lèi)很多，本發(fā)明中采用基于單路采樣數(shù)據(jù)樣條插值、以SSD(Sum Square Difference)為評(píng)價(jià)函數(shù)的時(shí)延估計(jì)算法。該算法時(shí)延估計(jì)精度高，誤差小于采樣周期，且計(jì)算復(fù)雜度相對(duì)較小。(3)結(jié)果分析與顯示部分根據(jù)時(shí)延估計(jì)的結(jié)果，將泄漏點(diǎn)定位到某個(gè)區(qū)域的正前方，并將判斷結(jié)果進(jìn)行顯示，進(jìn)而根據(jù)顯示界面改變超聲傳感器的朝向，使三個(gè)超聲傳感器構(gòu)成的等邊三角形的中心指向泄漏點(diǎn)的方位，實(shí)現(xiàn)對(duì)泄漏點(diǎn)方位的檢測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種基于時(shí)差定位原理的氣體泄漏點(diǎn)掃描儀，其特征在于采用三個(gè)指向相同的超聲傳感器，排列成等邊三角形；掃描儀工作時(shí)，三個(gè)超聲傳感器同時(shí)接收由泄漏點(diǎn)發(fā)出的超聲波，對(duì)三路超聲信號(hào)兩兩之間進(jìn)行時(shí)間差估計(jì)；將由超聲傳感器所在的平面劃分為六個(gè)區(qū)域，對(duì)3組時(shí)間差數(shù)據(jù)分析，確定泄漏點(diǎn)在某一區(qū)域的正前方，實(shí)現(xiàn)對(duì)泄漏點(diǎn)的方向檢測(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于基于時(shí)差定位原理的氣體泄漏點(diǎn)掃描儀，其特征在于將超聲傳感器所在的平面劃分成六個(gè)區(qū)域，該六個(gè)區(qū)域由三根直線劃分，三根直線分別通過(guò)兩點(diǎn)，一點(diǎn)是各超聲傳感器所在的點(diǎn)，另一點(diǎn)是超聲傳感器組成的等邊三角形的中心
全文摘要
本發(fā)明屬于壓縮空氣泄漏檢測(cè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了一種基于時(shí)差定位原理、高定位精度的氣體泄漏點(diǎn)檢測(cè)儀。發(fā)明內(nèi)容主要涉及一種基于三個(gè)超聲傳感器的利用時(shí)差定位原理進(jìn)行氣體泄漏點(diǎn)方位檢測(cè)的檢測(cè)儀。本發(fā)明提出的基于三個(gè)超聲傳感器的氣體泄漏點(diǎn)檢測(cè)儀與傳統(tǒng)的采用單個(gè)超聲傳感器的檢測(cè)儀不同，本檢測(cè)儀基于時(shí)差定位原理，檢測(cè)部分采用三個(gè)超聲傳感器并排列成等邊三角形，計(jì)算泄漏點(diǎn)超聲波信號(hào)到達(dá)三個(gè)超聲傳感器兩兩之間的時(shí)間差，進(jìn)而判斷出泄漏點(diǎn)相對(duì)于等邊三角形中心的位置，即實(shí)現(xiàn)了對(duì)泄漏點(diǎn)的方位指示。本氣體泄漏點(diǎn)檢測(cè)儀避免了傳統(tǒng)單個(gè)超聲傳感器檢測(cè)儀由于半功率角大而導(dǎo)致的方位指示不準(zhǔn)確的問(wèn)題，提高了方位檢測(cè)精度。
文檔編號(hào)G01S5/18GK102539084SQ201210000118
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月3日
發(fā)明者廖平平, 李晶 申請(qǐng)人:北京愛(ài)社時(shí)代科技發(fā)展有限公司