專利名稱：一種基于時差定位原理的氣體泄漏點掃描儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于壓縮空氣泄漏檢測領域，涉及一種基于時差定位原理的氣體泄漏點掃描儀。
背景技術：
壓縮空氣在使用過程中普遍存在嚴重的泄漏問題，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。泄漏 檢測成為壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能的重要途徑。現(xiàn)有單個傳感器的超聲波氣體泄漏檢測儀的原理是壓縮空氣的泄漏會產(chǎn)生超聲波，超聲波的傳播具有很好的方向性，當超聲傳感器正對泄漏點超聲波的傳播方向時，其輸出的電壓信號幅值最高。在泄漏點檢測過程中，隨著超聲傳感器朝向的改變，其輸出幅值出現(xiàn)極大值點時，即認為其朝向的前方存在泄漏點。但是，實際用于氣體泄漏檢測的超聲傳感器存在半功率角，即超聲波從這個角度范圍內入射，傳感器都會輸出高平信號，導致檢測儀對泄漏點的方向定位不精確。針對這一情況，本發(fā)明提出的基于三個超聲傳感器的氣體泄漏點檢測儀，主要采用時差定位原理對泄漏點進行方向定位，從原理上避免了上述由于超聲傳感器的半功率角較大導致的定位不精確，且使用方便，有利用工業(yè)現(xiàn)場的廣泛推廣。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的是提供一種基于時差定位原理的、高定位精度的氣體泄漏點檢測儀。本發(fā)明的技術方案是本發(fā)明采用三個超聲傳感器共同接收泄漏點產(chǎn)生的超聲信號，三個超聲傳感器指向相同，且在空間上排列成等邊三角形。將超聲傳感器所在的平面劃分成六個區(qū)域，該六個區(qū)域由三根直線劃分，三根直線分別通過兩點，一點是各超聲傳感器所在的點，另一點是超聲傳感器組成的等邊三角形的中心點。由于泄漏點到三個超聲傳感器的距離各不相同，三路超聲信號兩兩之間存在時間差。通過估算，可得到泄漏點超聲信號到達三個傳感器的時間差，進而可得到泄漏點到三個超聲傳感器的相對位置信息。根據(jù)泄漏點到三個超聲傳感器的相對位置信息，將超聲傳感器所構成的等邊三角形及其擴展區(qū)域劃分成六個區(qū)域(如圖2所示)，可將泄漏點的方位定位到其中某個區(qū)域。假設三路超聲傳感器信號分別為Si、S2和s3, S1相對于S2的延時設為dt12,同理，S2相對于S3的延時設為dt23，S1相對于S3的延時設為dt13。dt12、dt23和dt13通過對三路超聲信號進行時延估計得到。根據(jù)dt12、dt23和dt13的數(shù)值的正負性，可得出泄漏點位于圖2所示的某一個區(qū)域的正前方。具體情況如下(I)當dt12〈0，dt23<0, dt13〈0時，泄漏點位于區(qū)域①的正前方；(2)當dt12〈0，dt23>0, dt13〈0時，泄漏點位于區(qū)域②的正前方；(3)當dt12〈0，dt23>0, dt13>0時，泄漏點位于區(qū)域③的正前方；(4)當dt12>0，dt23>0, dt13>0時，泄漏點位于區(qū)域④的正前方；(5)當dt12>0, dt23<0, dt13>0時,泄漏點位于區(qū)域⑤的正前方；[0014](6)當dt12>0，dt23<0, dt13〈0時，泄漏點位于區(qū)域⑥的正前方；由超聲傳感器的等邊三角形布置可知，當氣體泄漏點到三個超聲傳感器的距離完全相等時，泄漏點處于由三個傳感器構成的等邊三角形的正前方，且泄漏點和等邊三角形中心的連線與傳感器的朝向平行。因此，在分析出泄漏點的方位之后，可泄漏檢測儀向泄漏點的方位旋轉一定的角度，以使泄漏點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。通過上述過程，實現(xiàn)對泄漏點方位的精確檢測，并且具有檢測偏差不隨檢測距離的增大而增大的特點。本發(fā)明的優(yōu)點是與傳統(tǒng)的超聲波氣體泄漏檢測儀相比，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致的定位不精確的問題，方位檢測精度大幅提高，并且，檢測偏差不隨檢測距離的增大而增大。此外，本發(fā)明還具有使用簡單、方便，易于在工 業(yè)現(xiàn)場推廣等優(yōu)點。

圖I檢測儀原理示意圖I.超聲傳感器I (S1), 2.超聲傳感器2 Cs2), 3.超聲傳感器3 (S3)，4.泄漏點，5.等邊三角形中心圖2泄漏點方位尋找示意圖I.超聲傳感器I (S1), 2.超聲傳感器2 Cs2), 3.超聲傳感器3 (S3)，5.等邊三角形中心
具體實施方式
下面對本發(fā)明作進一步的說明。本發(fā)明按實現(xiàn)的功能分成三個部分傳感器部分、信號處理部分、結果分析與顯示部分。( I)傳感器部分由三個具有較高性能的超聲傳感器組成，朝向相同并布置成邊長為3 cm的等邊三角形。傳感器部分接收由泄漏點發(fā)出的超聲信號，輸出三路電壓模擬信號。(2)信號處理部分傳感器部分輸出的三路電壓模擬信號經(jīng)過A/D轉換成數(shù)字信號，輸入到數(shù)字信號處理器(DSP)。由于泄漏點到三個超聲傳感器的距離各不相同，接收到的三路超聲信號相互之間存在時間差。通過時延估計算法估計三路超聲信號兩兩之間的時間差。延遲估計算法種類很多，本發(fā)明中采用基于單路采樣數(shù)據(jù)樣條插值、以SSD(SumSquare Difference)為評價函數(shù)的時延估計算法。該算法時延估計精度高，誤差小于采樣周期，且計算復雜度相對較小。(3)結果分析與顯示部分根據(jù)時延估計的結果，將泄漏點定位到某個區(qū)域的正前方，并將判斷結果進行顯示，進而根據(jù)顯示界面改變超聲傳感器的朝向，使三個超聲傳感器構成的等邊三角形的中心指向泄漏點的方位，實現(xiàn)對泄漏點方位的檢測。
權利要求1.一種基于時差定位原理的氣體泄漏點掃描儀，其特征在于采用三個指向相同的超聲傳感器，排列成等邊三角形。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種基于基于時差定位原理的氣體泄漏點掃描儀，其特征在于將超聲傳感器所在的平面劃分成六個區(qū)域，該六個區(qū)域由三根直線劃分，三根直線分別通過兩點，一點是各超聲傳感器所在的點，另一點是超聲傳感器組成的等邊三角形的中心點。
專利摘要本實用新型屬于壓縮空氣泄漏檢測領域，實現(xiàn)了一種基于時差定位原理、高定位精度的氣體泄漏點檢測儀。發(fā)明內容主要涉及一種基于三個超聲傳感器的利用時差定位原理進行氣體泄漏點方位檢測的檢測儀。本實用新型提出的基于三個超聲傳感器的氣體泄漏點檢測儀與傳統(tǒng)的采用單個超聲傳感器的檢測儀不同，本檢測儀基于時差定位原理，檢測部分采用三個超聲傳感器并排列成等邊三角形，計算泄漏點超聲波信號到達三個超聲傳感器兩兩之間的時間差，進而判斷出泄漏點相對于等邊三角形中心的位置，即實現(xiàn)了對泄漏點的方位指示。本氣體泄漏點檢測儀避免了傳統(tǒng)單個超聲傳感器檢測儀由于半功率角大而導致的方位指示不準確的問題，提高了方位檢測精度。
文檔編號G01S5/18GK202471369SQ201220000150
公開日2012年10月3日 申請日期2012年1月3日 優(yōu)先權日2012年1月3日
發(fā)明者廖平平, 李晶 申請人:北京愛社時代科技發(fā)展有限公司