便攜式非接觸航天器密封艙體在軌泄漏超聲檢測(cè)儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種便攜式非接觸航天器密封艙體在軌泄漏超聲檢測(cè)儀，包括若干超聲波傳感器、激光測(cè)距傳感器、機(jī)殼、DSP數(shù)字處理電路、放大濾波電路、LCD顯示屏、報(bào)警燈等；本發(fā)明采用高靈敏度超聲傳感器、高放大倍數(shù)低噪聲的放大濾波電路，可有效地在泄漏上游檢測(cè)微弱的泄漏信號(hào)；同時(shí)，采用獨(dú)立充電鋰電池供電，手槍形式的外殼，實(shí)現(xiàn)便攜式非接觸式泄漏檢測(cè)，并通過報(bào)警燈、LCD顯示器實(shí)現(xiàn)泄漏判斷和定位。該檢漏儀在上游端檢測(cè)最小可檢φ0.3mm漏孔，其最遠(yuǎn)可檢距離大于500mm，可滿足載人航天器在軌檢漏需求。
【專利說明】便攜式非接觸航天器密封艙體在軌泄漏超聲檢測(cè)儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航天器總裝檢漏【技術(shù)領(lǐng)域】，具體來說，涉及一種非接觸航天器密封艙體的在軌泄漏超聲檢測(cè)儀。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，根據(jù)氣動(dòng)聲學(xué)的原理，非接觸式的超聲檢漏設(shè)備在工業(yè)泄漏檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，但國(guó)內(nèi)沒有類似產(chǎn)品，均采用國(guó)外進(jìn)口的成熟產(chǎn)品及設(shè)備，如美國(guó)的UP9000超聲波檢漏儀，思創(chuàng)公司的ULlOl等，但這些檢漏儀大多應(yīng)用于壓力容器、壓力管道等向大氣端泄漏的情況，在泄漏下游檢測(cè)向外噴射的流體產(chǎn)生的較強(qiáng)的泄漏超聲信號(hào)；此外，這些設(shè)備不帶有激光測(cè)距、泄漏狀態(tài)評(píng)估和漏點(diǎn)指示定位等功能。
[0003]隨著載人航天技術(shù)的發(fā)展，對(duì)載人航天器的可靠性要求越來越高，在軌運(yùn)行時(shí)間也越來越長(zhǎng)，使得其密封艙體存在在軌發(fā)生泄漏的風(fēng)險(xiǎn)越來越大，有時(shí)候，微小的泄漏都可能導(dǎo)致航天任務(wù)的失敗，甚至威脅航天員的生命安全。目前在航天領(lǐng)域，我國(guó)并沒有航天器在軌檢漏的能力及設(shè)備，不能準(zhǔn)確地進(jìn)行泄漏位置定位和漏孔大小評(píng)估。
[0004]因此，結(jié)合載人航天器在軌檢漏的需求，研究一種具有能夠準(zhǔn)確判斷泄漏、測(cè)距、評(píng)估泄漏狀態(tài)、準(zhǔn)確指示漏點(diǎn)位置功能的且滿足上游檢漏的高靈敏度高放大倍數(shù)的適用于在軌環(huán)境下載人航天器密封艙體超聲檢漏儀，是十分必要的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種便攜式非接觸的高靈敏度、高放大倍數(shù)、低噪聲、具有泄漏判斷，測(cè)距，泄漏評(píng)估以及漏點(diǎn)定位功能的航天器密封艙體在軌泄漏超聲檢漏儀。該檢漏儀不僅適用于航天器在軌檢漏，而且還是用于壓力容器的泄漏下游檢測(cè)、真空容器的下游檢測(cè)。
[0006]本發(fā)明的手持式超聲檢漏儀，包括:若干超聲傳感器、激光測(cè)距傳感器、DSP數(shù)字處理電路板、放大濾波電路板、電源控制電路板、充電電池組、LCD點(diǎn)陣液晶屏和手槍形機(jī)殼，其中，超聲傳感器和激光測(cè)距傳感器設(shè)置在手槍形機(jī)殼的槍筒前端，機(jī)殼內(nèi)部設(shè)置電源控制電路板、DSP數(shù)字處理電路板和放大電路板，三者之間通過板間接插件實(shí)現(xiàn)電源和信號(hào)的輸入輸出，三者通過堆棧水平安裝或垂直安裝于機(jī)殼內(nèi)壁上，手槍形機(jī)殼的手柄處為充電電池組，手槍形機(jī)殼的槍筒后端設(shè)置有LCD點(diǎn)陣液晶屏，若干超聲傳感器并聯(lián)并經(jīng)信號(hào)屏蔽線、通過兩線制輸出端子與放大濾波電路板實(shí)現(xiàn)電連接，激光測(cè)距傳感器經(jīng)信號(hào)屏蔽線、通過兩線制輸出端子與DSP數(shù)字處理電路板實(shí)現(xiàn)電連接并且通過兩線制的供電端子實(shí)現(xiàn)DSP數(shù)字處理電路對(duì)激光傳感器的供電；充電電池組通過J599電聯(lián)接器接口進(jìn)行28VDC充電，經(jīng)電源控制電路板將28VDC經(jīng)過DCDC模塊轉(zhuǎn)化為12.6VDC, +12VDC、-12VDC和5VDC四種電壓，其中12.6VDC給充電電池組充電，±12VDC給放大電路板供電，5VDC給DSP數(shù)字處理電路板供電，DSP數(shù)字處理電路板將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，然后將處理結(jié)果輸送給IXD顯示屏顯示。
[0007]進(jìn)一步地，通過并聯(lián)的若干超聲波傳感器獲取密封艙體泄漏產(chǎn)生的泄漏超聲波信號(hào)，通過激光測(cè)距電路獲取超聲傳感器到被測(cè)艙體結(jié)構(gòu)的距離，泄漏超聲波信號(hào)經(jīng)過四級(jí)放大濾波電路后輸入到16位高精度AD采樣后由DSP數(shù)字處理電路對(duì)超聲波信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波和FFT處理，其激光測(cè)距電路將距離信號(hào)經(jīng)DSP片內(nèi)的AD采樣后由DSP處理得到超聲波傳感器距離被測(cè)物體的距離，檢測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)果根據(jù)距離和泄漏超聲的頻域特征，判斷泄漏以及評(píng)估漏孔大小，將處理結(jié)果反映在LCD點(diǎn)陣液晶屏上，根據(jù)激光光點(diǎn)判斷泄漏位置。
[0008]進(jìn)一步地，手槍形機(jī)殼的槍筒后端還設(shè)置有報(bào)警燈、若干按鍵以及為充電電池組充電的外部28VDC充電電源接口，報(bào)警燈以及按鍵與DSP數(shù)字處理電路板通過排線實(shí)現(xiàn)電連接，通過報(bào)警燈來顯示泄漏程度。
[0009]進(jìn)一步地，若干超聲傳感器的前方設(shè)置有縮口型喇叭結(jié)構(gòu)的抗噪聚音罩。
[0010]其中，抗噪聚音罩通過螺紋連接到機(jī)殼上。
[0011]其中，若干超聲傳感器為4個(gè)超聲波傳感器，超聲波傳感器包括超聲波探頭和輸出端子，超聲波探頭的接地端共地，信號(hào)端共輸出，通過兩針輸出端子實(shí)現(xiàn)與放大濾波電路板的電連接。
[0012]其中，放大濾波電路為四級(jí)放大電路及無源濾波。
[0013]其中，超聲波傳感器為靈敏度高于46dB且頻帶為40kHz±6kHz的氣動(dòng)超聲波傳感器。
[0014]其中，充電電池組為可充電的鋰聚合物電池組。
[0015]其中，根據(jù)頻率幅度的變化以及激光光點(diǎn)位置確定其泄漏發(fā)生的位置。
[0016]其中，IXD液為320X240點(diǎn)陣的液晶屏。
[0017]其中，若干按鍵為5個(gè)按鍵，I個(gè)自鎖按鍵為電源開關(guān)，4個(gè)非自鎖按鍵分別為功能按鍵、“ + ”按鍵、按鍵和確認(rèn)按鍵，功能按鍵實(shí)現(xiàn)進(jìn)入菜單界面，“ + ”和按鍵實(shí)現(xiàn)菜單的上下移動(dòng)和參數(shù)的增加和減小，確認(rèn)鍵實(shí)現(xiàn)進(jìn)入子菜單和確定參數(shù)。
[0018]本發(fā)明的手持式超聲檢漏儀適用于航天器在軌檢漏、真空泄漏的上游檢測(cè)，與壓力容器的下游檢測(cè)混淆。
[0019]本發(fā)明的手持式超聲檢漏儀可用于航天器在軌密封艙體檢漏和漏點(diǎn)定位，也可用于環(huán)模設(shè)備、壓力容器的檢漏和漏點(diǎn)定位。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有超聲檢漏技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0021]I)突破國(guó)外技術(shù)的壟斷，國(guó)內(nèi)沒有該產(chǎn)品；
[0022]2)體積小，便攜式，可單手進(jìn)行全部檢測(cè)操作；
[0023]3)非接觸檢測(cè)，對(duì)產(chǎn)品無損、無污染；
[0024]4) 4個(gè)傳感器組成復(fù)合型探頭，提高檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度，擴(kuò)大感知范圍；
[0025]5)高靈敏度、高放大倍數(shù)的放大電路以及高精度的DSP處理電路，良好的人機(jī)交互，可實(shí)現(xiàn)泄漏上游檢測(cè)，尤其適用于覆有多層的載人航天器密封艙體向真空泄漏情況下的上游檢測(cè)；
[0026]6)具有激光測(cè)距功能，其光源點(diǎn)可指示泄漏點(diǎn)位置；
[0027]7)具有根據(jù)泄漏超聲的幅度變化、頻域特征等方面進(jìn)行泄漏判斷，確定泄漏的發(fā)生，結(jié)合測(cè)試距離等信息，進(jìn)行泄漏評(píng)估，確定泄漏狀態(tài)，并伴隨有報(bào)警燈提示。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明的便攜式非接觸航天器密封艙體在軌泄漏超聲檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖中:圖中:1 —超聲傳感器、2 —激光測(cè)距傳感器、3 - DSP數(shù)字處理電路板、4 —放大濾波電路板、5 -電源控制電路板、6 —充電電池組、7-1XD點(diǎn)陣液晶屏、8-報(bào)警燈、9-按鍵、10-外部28VDC充電電源接口 ； 11-抗噪聚音罩；12_機(jī)殼；13-信號(hào)線路；14-電源線路。
[0030]圖2是本發(fā)明的手持式超聲檢漏儀整體的電路方框圖。
[0031]圖中:1 一復(fù)合式超聲傳感器、2 —激光測(cè)距傳感器、3 - DSP數(shù)字處理電路、4 一放大濾波電路、5 —電源控制電路、6 —充電電池組、7-1XD點(diǎn)陣液晶屏、8-報(bào)警燈、9-按鍵、10-外部28VDC充電電源；
[0032]圖3是本發(fā)明手持式超聲檢漏儀的超聲傳感器組成方框圖；
[0033]圖中:1.1-4個(gè)超聲傳感器，1.2-輸出端子。
[0034]圖4是本發(fā)明的手持式超聲檢漏儀的DSP數(shù)字處理電路方框圖；
[0035]圖中:3.1-超聲信號(hào)輸入端子，3.2-激光測(cè)距信號(hào)輸入端子，3.3-16位AD芯片，
3.4-FPGA電路，3.5-DSP芯片，3.6-1XD、報(bào)警燈和按鍵的接口，3.7-電池電壓欠壓檢測(cè)接□。
[0036]圖5是本發(fā)明的手持式超聲檢漏儀的放大濾波電路方框圖。
[0037]圖中:4.1-輸入端子，4.2-匹配阻抗電阻，4.3-差分電路，4.4-一級(jí)放大器，
4.5-17kHz?80kHz無源帶通濾波,4.6- 二級(jí)放大器,4.7-無源低通濾波,4.8-三級(jí)放大器，4.9-無源低通濾波，4.10-四級(jí)放大其，4.11-無源低通濾波，4.12-輸出端子；
[0038]圖6是本發(fā)明的手持式超聲檢漏儀的電源控制電路方框圖。
[0039]圖中:5.1-J599外部電源接口，5.2-電源保護(hù)電路，5.3-充電芯片，5.4-充電電池電接口，5.5-DC/DC 組，5.6-5VDC 輸出端口，5.7-+12VDC 輸出端口，5.8—12VDC 輸出端口。
[0040]圖7是本發(fā)明的手持式超聲檢漏儀的在軌具體實(shí)施流程框圖。
[0041]圖中:1_開機(jī)；2-巡檢；3-判漏；4_漏點(diǎn)定位；5_評(píng)估漏孔等級(jí)；6_確定漏孔尺寸；7-指導(dǎo)開展堵漏。

【具體實(shí)施方式】
[0042]以下介紹的是作為本發(fā)明所述內(nèi)容的【具體實(shí)施方式】，下面通過【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的所述內(nèi)容作進(jìn)一步的闡明。當(dāng)然，描述下列【具體實(shí)施方式】只為示例本發(fā)明的不同方面的內(nèi)容，而不應(yīng)理解為限制本發(fā)明范圍。
[0043]結(jié)合附圖1詳細(xì)說明本發(fā)明的便攜式非接觸密封艙體超聲檢漏儀的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的手持式超聲檢漏儀包括復(fù)合式高靈敏度超聲傳感器1、激光測(cè)距電路2、手槍形的機(jī)殼12、D S P數(shù)字處理電路板3、高放大、低噪聲的放大濾波電路4、電源控制電路板5、充電電池組6和LCD點(diǎn)陣液晶屏7，本發(fā)明為手持式結(jié)構(gòu)，超聲傳感器和激光測(cè)距傳感器通過螺釘安裝在機(jī)殼前端和上部，其中超聲傳感器前可以通過螺紋連接，安裝縮口型喇叭結(jié)構(gòu)的抗噪聚音罩，拆卸拆卸靈活，起到抗噪聚音作用。而且超聲傳感器經(jīng)信號(hào)屏蔽線，利用兩線制輸出端子與放大電路實(shí)現(xiàn)電連接，而激光測(cè)距傳感器則通過信號(hào)屏蔽線，利用兩線制輸出端子與DSP數(shù)字處理電路直接連接，并且通過兩線制的供電端子實(shí)現(xiàn)DSP數(shù)字處理電路對(duì)激光傳感器的供電；本發(fā)明機(jī)殼內(nèi)部為電源控制電路、DSP數(shù)字處理電路和放大電路，三者之間采用板間接插件實(shí)現(xiàn)電源和信號(hào)的輸入輸出的電連接，三者采用堆棧是水平安裝，也可垂直安裝于機(jī)殼內(nèi)壁上；手柄處為可充電電池組，電池組為鋰聚合物電池，電池容量為2700mAh,輸出電壓為12VDC ;該儀器通過J599電聯(lián)接器接口進(jìn)行28VDC充電，經(jīng)電源控制電路板將28VDC經(jīng)過充電芯片轉(zhuǎn)換為充電電壓12.6VDC ;而且電池組輸出和充電電路的輸出經(jīng)過DC/DC組將輸入電壓轉(zhuǎn)換為+12VDC、-12VDC和5VDC等三種電壓，其中±12VDC給放大電路供電，5VDC給DSP數(shù)字處理電路供電；
[0044]在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明的手持式超聲檢漏儀還在槍筒后端設(shè)置有報(bào)警燈8、按鍵9以及外部28VDC充電電源接口 10。其中，手持式超聲檢漏儀的后端為人機(jī)交互面板，包含320X240的TFT類型的IXD液晶屏、綠色、黃色和紅色三個(gè)報(bào)警燈以及功能鍵、增加鍵、減少鍵和確認(rèn)鍵4個(gè)非自鎖按鈕和I個(gè)電源開關(guān)自鎖按鍵；而且LCD點(diǎn)陣液晶屏7、報(bào)警燈8以及按鍵9與DSP數(shù)字處理電路4通過排線實(shí)現(xiàn)電連接。本發(fā)明通過復(fù)合式高靈敏度超聲傳感器獲取密封艙體泄漏產(chǎn)生的泄漏超聲波信號(hào)，通過激光測(cè)距電路獲取超聲傳感器到被測(cè)艙體結(jié)構(gòu)的距離，泄漏超聲波信號(hào)經(jīng)過四級(jí)放大濾波電路后輸入到16位高精度AD采樣后由DSP數(shù)字處理電路4對(duì)超聲波信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波和FFT處理，其激光測(cè)距電路將距離信號(hào)經(jīng)AD采樣后由DSP處理得到超聲波傳感器距離被測(cè)物體的距離；且抗噪聚音罩可通過螺紋連接在復(fù)合式超聲傳感器頭部，拆卸靈活，起到抗噪聚音作用。檢測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)果根據(jù)距離和泄漏超聲的頻域特征，判斷泄漏以及評(píng)估漏孔大小，將處理結(jié)果反映在IXD點(diǎn)陣液晶屏7上，通過報(bào)警燈的顯示判斷泄漏狀態(tài)，并根據(jù)激光光點(diǎn)判斷泄漏位置。其中LCD點(diǎn)陣液晶屏7上可顯示距離、超聲信號(hào)的頻域峰值、峰值對(duì)應(yīng)的頻率、泄漏狀態(tài)、漏孔評(píng)估等數(shù)值，并通過按鍵操作實(shí)現(xiàn)儀器參數(shù)設(shè)置、頻域曲線以及峰值隨時(shí)間的變化曲線；當(dāng)檢測(cè)無泄漏發(fā)生，則LCD點(diǎn)陣液晶屏中泄漏狀態(tài)參數(shù)位置顯示N，綠色報(bào)警燈亮；而當(dāng)檢測(cè)有泄漏發(fā)生時(shí)，LCD點(diǎn)陣液晶屏中泄漏狀態(tài)參數(shù)位置顯示Y，黃色報(bào)警燈亮，且漏孔評(píng)估位置則根據(jù)距離和頻域特性相結(jié)合評(píng)估漏孔大??；而后根據(jù)37kHz-43kHz頻率范圍內(nèi)的峰值變化來判斷漏孔的中心位置，當(dāng)該峰值隨儀器巡檢移動(dòng)而升高時(shí)，紅色燈閃爍，黃色等亮，直到該峰值開始下降，其紅色等不閃爍，黃色燈亮，則判斷其漏孔中心在該區(qū)域附近，同時(shí)可根據(jù)峰值曲線，判斷其峰值最高處為漏孔的中心處。
[0045]結(jié)合圖2的本發(fā)明檢漏儀的整體電路方框圖進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明整體電路主要由復(fù)合式超聲傳感器1、激光測(cè)距傳感器2、DSP數(shù)字處理電路3、放大濾波電路4、電源控制電路5、充電電池組6、IXD點(diǎn)陣液晶屏7、報(bào)警燈8、按鍵9組成，外部28VDC充電電源10是為整個(gè)電路進(jìn)行充電及供電的電源。復(fù)合式超聲傳感器I經(jīng)輸出2針端子與放大濾波電路4實(shí)現(xiàn)插接式電連接，激光測(cè)距傳感器2經(jīng)2針的輸出端子與DSP數(shù)字處理板實(shí)現(xiàn)插接式電連接，DSP數(shù)字處理電路板(DSP數(shù)字處理電路)3、放大濾波電路板(放大濾波電路)4和電源控制電路5利用板間接插件實(shí)現(xiàn)電連接；LCD屏、報(bào)警燈以及按鍵通過排線與DSP數(shù)字處理電路3實(shí)現(xiàn)電連接，充電電池組6經(jīng)2針輸出端子與電源控制電路板(電源控制電路)5實(shí)現(xiàn)電連接；本發(fā)明其特點(diǎn)是數(shù)字電路、模擬電路、電源電路、傳感器、人機(jī)交互的屏幕按鍵9和報(bào)警燈8等部分之間采用分離式結(jié)構(gòu)，通過板間接插件及接插件端子實(shí)現(xiàn)各部分的通訊、供電等，方便安裝、相互隔離、降低相互影響和信號(hào)的噪聲，有效提高微弱信號(hào)檢測(cè)抗干擾能力，并且各獨(dú)立部分具有良好的可維修性和互換性。
[0046]結(jié)合圖3的本發(fā)明檢漏儀的復(fù)合式超聲傳感器組成方框圖進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明的復(fù)合式超聲傳感器主要由4個(gè)超聲波探頭和輸出端子組成；本設(shè)計(jì)采用日本富士公司生產(chǎn)的FUS-40CR超聲波探頭，其主要技術(shù)性能如下:額定頻率40KHz，帶寬6KHz，接收靈敏度一 46dB以上。通過將4個(gè)超聲波探頭的接地端共地，信號(hào)端共輸出，實(shí)現(xiàn)4個(gè)傳感器的并聯(lián)，通過兩針輸出端子可實(shí)現(xiàn)與后續(xù)電路的電連接。本發(fā)明設(shè)計(jì)主要特點(diǎn)是通過利用相同高靈敏度超聲探頭的并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)在探頭端提高檢測(cè)靈敏度，有效檢測(cè)泄漏的微弱信號(hào)，提高檢漏靈敏度。
[0047]結(jié)合圖4的本發(fā)明檢漏儀的DSP數(shù)字處理電路方框圖進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明的DSP數(shù)字處理電路主要由超聲信號(hào)輸入端子3.1、激光測(cè)距信號(hào)輸入端子3.2、16位AD芯片3.3,FPGA電路3.4,DSP芯片3.5、LCD報(bào)警燈和按鍵的接口 3.6、電池電壓欠壓檢測(cè)接口 3.7組成，各部分間在PCB板內(nèi)實(shí)現(xiàn)電連接。其中超聲信號(hào)輸入端子3.1接受放大濾波電路輸出的超聲信號(hào)，經(jīng)16位AD芯片3.3實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，再經(jīng)FPGA電路3.4實(shí)現(xiàn)FFT變換，然后將變換結(jié)果送入到DSP芯片3.5中進(jìn)行處理；而激光測(cè)距信號(hào)輸入端子3.2直接將信號(hào)輸入到DSP芯片3.5中，利用片內(nèi)AD實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，將數(shù)字信號(hào)直接在DSP芯片內(nèi)進(jìn)行處理；同時(shí)，將各部分的處理結(jié)果經(jīng)IXD報(bào)警燈和按鍵的接口 3.6與顯示屏等實(shí)現(xiàn)通訊。而電池的電壓情況經(jīng)電池電壓欠壓檢測(cè)接口 3.7輸送到DSP芯片3.5中，利用片內(nèi)AD實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，將數(shù)字信號(hào)直接在DSP芯片內(nèi)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)欠壓檢測(cè)的功能。本發(fā)明設(shè)計(jì)主要特點(diǎn)是具有高精度16位的AD芯片，利用FPGA來完成FFT轉(zhuǎn)換，減少DSP的處理任務(wù)，縮短了系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，具有良好的實(shí)時(shí)檢測(cè)性能；同時(shí)，還具備欠壓檢測(cè)功能，可在當(dāng)電池電量低于其容量的15%后進(jìn)行報(bào)警，提醒需要進(jìn)行充電。
[0048]結(jié)合圖5的本發(fā)明檢漏儀的放大濾波電路方框圖進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明的放大濾波電路主要由輸入端子4.1，匹配阻抗電阻4.2，差動(dòng)電路4.3，一級(jí)放大器4.4，17kHz?80kHz無源帶通濾波4.5, 二級(jí)放大器4.6,無源低通濾波4.7,三級(jí)放大器4.8,無源低通濾波4.9，四級(jí)放大其4.10，無源低通濾波4.11，輸出端子4.12等部分組成，各部分在PCB板內(nèi)實(shí)現(xiàn)電連接；該電路采用土 12VDC供電，經(jīng)過二極管，防止電流過大和電源接反，后有電容和電感對(duì)電源進(jìn)行濾波整流作用，通過正電源處接有LED燈，可以起到電路供電指示燈作用。為了降低共模干擾信號(hào)的影響，電路采用差動(dòng)放大方式，超聲信號(hào)經(jīng)輸入端子4.1引入到匹配電阻4.2，用來調(diào)整阻抗匹配，而后信號(hào)送入差動(dòng)電路4.3，經(jīng)四級(jí)放大濾波由輸出端子4.12實(shí)現(xiàn)信號(hào)輸出；其中每級(jí)放大器的放大芯片采用高精度放大器AD620，一級(jí)放大器4.4和二級(jí)放大器4.6的設(shè)計(jì)放大倍數(shù)為25.5倍，而三級(jí)放大器4.8的設(shè)計(jì)放大倍數(shù)為11.5倍，四級(jí)放大器4.10的設(shè)計(jì)放大倍數(shù)為3.5倍。而為防止有源濾波的自激振蕩影響檢測(cè)，濾波器均采用無源濾波，其中一級(jí)放大后的采用17kHz?80kHz無源帶通濾波4.5，而后各級(jí)放大后的濾波均采用80kHz的無源低通濾波形式；為防止雜波和干擾影響，該電路為PCB4層板，將電源層、地線層、信號(hào)線分開，有效避免了串?dāng)_信號(hào)的進(jìn)入；本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是采用了四級(jí)放大電路及無源濾波，4層PCB板，達(dá)到了實(shí)際放大效果達(dá)到SOdB增益效果及20kHz?80kHz信號(hào)濾波，大幅降低了噪聲，輸出的本底干擾噪聲僅在200mV以下，實(shí)現(xiàn)了在軌條件下的泄漏超聲的微弱信號(hào)檢測(cè)。
[0049]結(jié)合圖6的本發(fā)明檢漏儀的電源控制電路方框圖進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明的電源控制電路主要由J599外部電源接口 5.1，電源保護(hù)電路5.2，充電芯片5.3，充電電池電接口5.4，DC/DC 組 5.5，5VDC 輸出端口 5.6，+12VDC 輸出端口 5.7，-12VDC 輸出端口 5.8 等部分組成，且各部分在PCB板內(nèi)實(shí)現(xiàn)電連接；外部的28VDC經(jīng)由J599外部電源接口 5.1引入到電源控制電路板，經(jīng)電源保護(hù)電路5.2實(shí)現(xiàn)過壓、過流、反接以及浪涌等保護(hù)，將電源引入充電芯片5.3，芯片采用TI公司bq24650，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組的充電，并利用外部電源為系統(tǒng)供電；電池組電源與外部引入電源均通過DC/DC組5.5進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)5VDC和±12VDC輸出，分別經(jīng)5VDC輸出端口 5.6，+12VDC輸出端口 5.7和-12VDC輸出端口 5.8為DSP數(shù)字處理電路和放大濾波電路供電。本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)在于通過28VDC經(jīng)J599接口進(jìn)行外部供電和對(duì)電池組進(jìn)行充電，可滿足在軌條件下的供電和便攜式操作。
[0050]使用本發(fā)明的便攜式非接觸密封艙體超聲檢漏儀進(jìn)行載人航天器在軌檢漏具體實(shí)施過程如下:
[0051]I)開機(jī)；打開檢漏儀電源開關(guān)，確定其電池電量充足，安裝抗噪聚音結(jié)構(gòu)；若電池電量不足，則可利用船上28VDC電源，通過J599接口進(jìn)行充電；若在非儀器艙內(nèi)或環(huán)境噪音小的區(qū)域，則可不安裝抗噪聚音結(jié)構(gòu)。
[0052]2)巡檢；手持本發(fā)明的檢漏儀，沿艙壁進(jìn)行巡檢，從左到右移動(dòng)100mm，再自上而下移動(dòng)100mm,然后再由右向左移動(dòng)100mm,然后再自上而下移動(dòng)100mm,形成沿折線型軌跡進(jìn)行巡檢，速度不宜過快，保持平穩(wěn)；
[0053]3)判漏；當(dāng)檢漏儀綠色報(bào)警燈常亮?xí)r，則巡檢連續(xù)進(jìn)行；當(dāng)檢漏儀顯示信號(hào)的峰值對(duì)應(yīng)的頻率在37kHz-43kHz，且峰值大于無泄漏狀態(tài)，檢漏儀黃色報(bào)警燈則亮起，綠色報(bào)警燈滅；代表在附近有泄漏發(fā)生；
[0054]4)漏孔定位；當(dāng)檢漏儀黃色報(bào)警燈亮起時(shí)，則沿原來巡檢行進(jìn)方向繼續(xù)緩慢向前，若峰值持續(xù)增大，紅燈閃爍，而后峰值下降到黃色等亮起，則峰值最高處為漏孔中心可疑處；若峰值無明顯變化，則巡檢行進(jìn)距離的50mm處為漏孔中心可疑點(diǎn)；若峰值持續(xù)下降，則黃燈亮起的初始位置為漏孔中心的可以點(diǎn)；檢漏儀退回到漏孔中心可疑處后，在該點(diǎn)，沿原巡檢行進(jìn)方向的垂直方向進(jìn)行來回巡檢；若峰值隨遠(yuǎn)離可疑點(diǎn)而降低，則可疑點(diǎn)就為漏孔中心，其位置在激光標(biāo)點(diǎn)垂直下方25_處。若峰值隨遠(yuǎn)離可疑點(diǎn)而繼續(xù)升高，而后又降低，則峰值最高處為漏孔中心處，其為實(shí)際位置在激光標(biāo)點(diǎn)垂直下方的25_處。
[0055]5)評(píng)估漏孔等級(jí)；當(dāng)確定了漏孔中心位置后，則可根據(jù)激光測(cè)距的數(shù)據(jù)，將儀器調(diào)整到距離漏孔中心為60mm處的位置，進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)超聲信號(hào)的峰值情況等特征量，采用查表方式，比對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，評(píng)估漏孔等級(jí)，共分為4個(gè)等級(jí)，其中I級(jí)對(duì)應(yīng)0.3mm或0.4mm漏孔，II級(jí)對(duì)應(yīng)0.8mm或1.0mm漏孔，III級(jí)對(duì)應(yīng)1.5mm漏孔，IV級(jí)對(duì)應(yīng)2.0mm漏孔，評(píng)估結(jié)果在IXD屏上顯示；
[0056]6)確定漏孔尺寸；當(dāng)評(píng)估漏孔等級(jí)顯示為III或IV級(jí)時(shí)，則在IXD屏漏孔尺寸處直接顯示1.5_或2.0mm;當(dāng)IXD屏評(píng)估漏孔等級(jí)處顯示為I或II級(jí)，則，將儀器調(diào)整到距離漏孔中心為20mm處的位置，進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)超聲信號(hào)的峰值情況等特征量，采用查表方式，比對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，辨別漏孔是0.3mm還是0.4mm,結(jié)果將顯示在IXD屏漏孔尺寸處；
[0057]7)指導(dǎo)堵漏；根據(jù)檢漏結(jié)果，漏孔位置以及漏孔等級(jí)或大小，指導(dǎo)采用堵漏方式和堵漏工具，進(jìn)行堵漏。
[0058]盡管上文對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了詳細(xì)的描述和說明，但應(yīng)該指明的是，我們可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行各種改變和修改，但這些都不脫離本發(fā)明的精神和所附的權(quán)利要求所記載的范圍。
【權(quán)利要求】
1.手持式超聲檢漏儀，包括:若干超聲傳感器、激光測(cè)距傳感器、DSP數(shù)字處理電路板、放大濾波電路板、電源控制電路板、充電電池組、LCD點(diǎn)陣液晶屏和手槍形機(jī)殼，其中，超聲傳感器和激光測(cè)距傳感器設(shè)置在手槍形機(jī)殼的槍筒前端，機(jī)殼內(nèi)部設(shè)置電源控制電路板、DSP數(shù)字處理電路板和放大電路板，三者之間通過板間接插件實(shí)現(xiàn)電源和信號(hào)的輸入輸出，三者通過堆棧水平安裝或垂直安裝于機(jī)殼內(nèi)壁上，手槍形機(jī)殼的手柄處為充電電池組，手槍形機(jī)殼的槍筒后端設(shè)置有LCD點(diǎn)陣液晶屏，若干超聲傳感器并聯(lián)并經(jīng)信號(hào)屏蔽線、通過兩線制輸出端子與放大濾波電路板實(shí)現(xiàn)電連接，激光測(cè)距傳感器經(jīng)信號(hào)屏蔽線、通過兩線制輸出端子與DSP數(shù)字處理電路板實(shí)現(xiàn)電連接并且通過兩線制的供電端子實(shí)現(xiàn)DSP數(shù)字處理電路對(duì)激光傳感器的供電；充電電池組通過J599電聯(lián)接器接口進(jìn)行28VDC充電，經(jīng)電源控制電路板將28VDC經(jīng)過D⑶C模塊轉(zhuǎn)化為12.6VDC, +12VDC、-12VDC和5VDC四種電壓，其中12.6VDC給充電電池組充電，土 12VDC給放大電路板供電，5VDC給DSP數(shù)字處理電路板供電，DSP數(shù)字處理電路板將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，然后將處理結(jié)果輸送給LCD顯示屏顯/Jn ο
2.如權(quán)利要求1所述的手持式超聲檢漏儀，其中，通過并聯(lián)的若干超聲波傳感器獲取密封艙體泄漏產(chǎn)生的泄漏超聲波信號(hào)，通過激光測(cè)距電路獲取超聲傳感器到被測(cè)艙體結(jié)構(gòu)的距離，泄漏超聲波信號(hào)經(jīng)過四級(jí)放大濾波電路后輸入到16位高精度AD采樣后由DSP數(shù)字處理電路對(duì)超聲波信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波和FFT處理，其激光測(cè)距電路將距離信號(hào)經(jīng)DSP片內(nèi)AD采樣后由DSP處理得到超聲波傳感器距離被測(cè)物體的距離，檢測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)果根據(jù)距離和泄漏超聲的頻域特征，判斷泄漏以及評(píng)估漏孔大小，將處理結(jié)果反映在LCD點(diǎn)陣液晶屏上，根據(jù)激光光點(diǎn)判斷泄漏位置。
3.如權(quán)利要求2所述的手持式超聲檢漏儀，其中，手槍形機(jī)殼的槍筒后端還設(shè)置有報(bào)警燈、若干按鍵以及為充電電池組充電的外部28VDC充電電源接口，報(bào)警燈以及按鍵與DSP數(shù)字處理電路板通過排線實(shí)現(xiàn)電連接，通過報(bào)警燈來顯示泄漏程度。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的手持式超聲檢漏儀，其中，若干超聲傳感器的前方設(shè)置有縮口型喇叭結(jié)構(gòu)的抗噪聚音罩。
5.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的手持式超聲檢漏儀，其中，抗噪聚音罩通過螺紋連接到機(jī)殼上。
6.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的手持式超聲檢漏儀,其中,若干超聲傳感器為4個(gè)超聲波傳感器，超聲波傳感器包括超聲波探頭和輸出端子，超聲波探頭的接地端共地，信號(hào)端共輸出，通過兩針輸出端子實(shí)現(xiàn)與放大濾波電路板的電連接。
7.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的手持式超聲檢漏儀，其中，放大濾波電路為四級(jí)放大電路及無源濾波。
8.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的手持式超聲檢漏儀，其中，超聲波傳感器為靈敏度高于46dB且頻帶為40kHz ±6kHz的氣動(dòng)超聲波傳感器。
9.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的手持式超聲檢漏儀，其中，充電電池組為可充電的鋰聚合物電池組。
10.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的手持式超聲檢漏儀，其中，根據(jù)頻率幅度的變化以及激光光點(diǎn)位置確定其泄漏發(fā)生的位置。
【文檔編號(hào)】G01M3/24GK104515654SQ201310452944
【公開日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】孫偉, 孫立臣, 閆榮鑫, 孟冬輝, 王勇, 綦磊, 李唯丹, 邵容平, 趙月帥 申請(qǐng)人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所