专利名称：一种基于时差定位原理的气体泄漏点扫描仪的制作方法
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Si、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
(I)当 dt12<0,dt23<0,Cit13<0时，泄漏点位于区域①的正前方(2)当 dt12<0,dt23>0,Cit13<0时，泄漏点位于区域②的正前方(3)当 dt12<0,dt23>0,Cit13>0时，泄漏点位于区域③的正前方(4)当 dt12>0,dt23>0,Cit13>0时，泄漏点位于区域④的正前方(5)当 dt12>0,dt23<0,Cit13>0时，泄漏点位于区域⑤的正前方(6)当 dt12>0,dt23<0,Cit13<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。本发明的优点是与传统的超声波气体泄漏检测仪相比，本发明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的问题，方位检测精度大幅提高， 并且，检测偏差不随检测距离的增大而增大。此外，本发明还具有使用简单、方便，易于在工业现场推广等优点。


图I检测仪原理示意图
I.超声传感器I (S1), 2.超声传感器2 Cs2), 3.超声传感器3 Cs3), 4.泄漏点，
5.等边三角形中心。图2泄漏点方位寻找示意图
I.超声传感器I (S1), 2.超声传感器2 Cs2), 3.超声传感器3 Cs3), 5.等边三角形中心。
具体实施例方式下面对本发明作进一步的说明。本发明按实现的功能分成三个部分传感器部分、信号处理部分、结果分析与显示部分。(I)传感器部分由三个具有较高性能的超声传感器组成，朝向相同并布置成边长为3 cm的等边三角形。传感器部分接收由泄漏点发出的超声信号，输出三路电压模拟信号。(2)信号处理部分传感器部分输出的三路电压模拟信号经过A/D转换成数字信号，输入到数字信号处理器(DSP)。由于泄漏点到三个超声传感器的距离各不相同，接收到的三路超声信号相互之间存在时间差。通过时延估计算法估计三路超声信号两两之间的时间差。延迟估计算法种类很多，本发明中采用基于单路采样数据样条插值、以SSD(Sum Square Difference)为评价函数的时延估计算法。该算法时延估计精度高，误差小于采样周期，且计算复杂度相对较小。(3)结果分析与显示部分根据时延估计的结果，将泄漏点定位到某个区域的正前方，并将判断结果进行显示，进而根据显示界面改变超声传感器的朝向，使三个超声传感器构成的等边三角形的中心指向泄漏点的方位，实现对泄漏点方位的检测。
权利要求
1.一种基于时差定位原理的气体泄漏点扫描仪，其特征在于采用三个指向相同的超声传感器，排列成等边三角形；扫描仪工作时，三个超声传感器同时接收由泄漏点发出的超声波，对三路超声信号两两之间进行时间差估计；将由超声传感器所在的平面划分为六个区域，对3组时间差数据分析，确定泄漏点在某一区域的正前方，实现对泄漏点的方向检测。
2.根据权利要求I所述的一种基于基于时差定位原理的气体泄漏点扫描仪，其特征在于将超声传感器所在的平面划分成六个区域，该六个区域由三根直线划分，三根直线分别通过两点，一点是各超声传感器所在的点，另一点是超声传感器组成的等边三角形的中心
全文摘要
本发明属于压缩空气泄漏检测领域，实现了一种基于时差定位原理、高定位精度的气体泄漏点检测仪。发明内容主要涉及一种基于三个超声传感器的利用时差定位原理进行气体泄漏点方位检测的检测仪。本发明提出的基于三个超声传感器的气体泄漏点检测仪与传统的采用单个超声传感器的检测仪不同，本检测仪基于时差定位原理，检测部分采用三个超声传感器并排列成等边三角形，计算泄漏点超声波信号到达三个超声传感器两两之间的时间差，进而判断出泄漏点相对于等边三角形中心的位置，即实现了对泄漏点的方位指示。本气体泄漏点检测仪避免了传统单个超声传感器检测仪由于半功率角大而导致的方位指示不准确的问题，提高了方位检测精度。
文档编号G01S5/18GK102539084SQ201210000118
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月3日 优先权日2012年1月3日
发明者廖平平, 李晶 申请人:北京爱社时代科技发展有限公司