[发明专利]一种基于时差定位原理的气体泄漏点扫描仪

说明书

技术领域

本发明属于压缩空气泄漏检测领域，涉及一种基于时差定位原理的气体泄漏点扫描仪。

背景技术   

压缩空气在使用过程中普遍存在严重的泄漏问题，工厂中泄漏的压缩空气通常占总耗气量的10%-30%，造成很大的能源浪费。泄漏检测成为压缩空气系统节能的重要途径。

现有单个传感器的超声波气体泄漏检测仪的原理是：压缩空气的泄漏会产生超声波，超声波的传播具有很好的方向性，当超声传感器正对泄漏点超声波的传播方向时，其输出的电压信号幅值最高。在泄漏点检测过程中，随着超声传感器朝向的改变，其输出幅值出现极大值点时，即认为其朝向的前方存在泄漏点。但是，实际用于气体泄漏检测的超声传感器存在半功率角，即超声波从这个角度范围内入射，传感器都会输出高平信号，导致检测仪对泄漏点的方向定位不精确。针对这一情况，本发明提出的基于三个超声传感器的气体泄漏点检测仪，主要采用时差定位原理对泄漏点进行方向定位，从原理上避免了上述由于超声传感器的半功率角较大导致的定位不精确，且使用方便，有利用工业现场的广泛推广。

发明内容

本发明的目的是：提供一种基于时差定位原理的、高定位精度的气体泄漏点检测仪。

本发明的技术方案是：

本发明采用三个超声传感器共同接收泄漏点产生的超声信号，三个超声传感器指向相同，且在空间上排列成等边三角形。由于泄漏点到三个超声传感器的距离各不相同，三路超声信号两两之间存在时间差。通过估算，可得到泄漏点超声信号到达三个传感器的时间差，进而可得到泄漏点到三个超声传感器的相对位置信息。

根据泄漏点到三个超声传感器的相对位置信息，将超声传感器所构成的等边三角形及其扩展区域划分成六个区域(如图2所示)，可将泄漏点的方位定位到其中某个区域。假设三路超声传感器信号分别为s₁、s₂和s₃，s₁相对于s₂的延时设为dt₁₂，同理，s₂相对于s₃的延时设为dt₂₃，s₁相对于s₃的延时设为dt₁₃。dt₁₂、dt₂₃和dt₁₃通过对三路超声信号进行时延估计得到。根据dt₁₂、dt₂₃和dt₁₃的数值的正负性，可得出泄漏点位于图2所示的某一个区域的正前方。具体情况如下：

（1）当dt₁₂<0, dt₂₃<0, dt₁₃<0时，泄漏点位于区域①的正前方；

（2）当dt₁₂<0, dt₂₃>0, dt₁₃<0时，泄漏点位于区域②的正前方；

（3）当dt₁₂<0, dt₂₃>0, dt₁₃>0时，泄漏点位于区域③的正前方；

（4）当dt₁₂>0, dt₂₃>0, dt₁₃>0时，泄漏点位于区域④的正前方；

（5）当dt₁₂>0, dt₂₃<0, dt₁₃>0时，泄漏点位于区域⑤的正前方；

（6）当dt₁₂>0, dt₂₃<0, dt₁₃<0时，泄漏点位于区域⑥的正前方；

由超声传感器的等边三角形布置可知，当气体泄漏点到三个超声传感器的距离完全相等时，泄漏点处于由三个传感器构成的等边三角形的正前方，且泄漏点和等边三角形中心的连线与传感器的朝向平行。因此，在分析出泄漏点的方位之后，可泄漏检测仪向泄漏点的方位旋转一定的角度，以使泄漏点的位于等边三角形的中心的正前方，亦即，等边三角形的中心指向泄漏点。通过上述过程，实现对泄漏点方位的精确检测，并且具有检测偏差不随检测距离的增大而增大的特点。