数字式超声测漏仪的设计与研制

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空气压缩机的70%~80%的能量以热量的方式对流到周围的空气中,只有不足20%的能量存储在压缩空气,因此,压缩空气是工业生产中的重要宝贵能源之一,而且压缩空气被广泛地应用于石油、电力、机械、国防等行业和部门。如何能够有效地检测、减少压缩空气泄漏在工业生产过程中对提高效率、节约资源、增强竞争力有着重要作用。  为了能够在不中断设备正常运转前提下,实现在线对管道、密闭带压容器泄漏检测,本课题拟设计一款操作简便、检测准确度高、实时响应快,性能稳定的数字式超声气体泄漏检测系统:当气体从漏孔尺寸较小,内外压差较大的管道泄漏时,泄漏气体的雷诺系数较大,就会产生紊流,形成的紊流在其流动空间会进一步产生形状各异、大小不同的漩涡,漩涡的发展、破裂导致新的漩涡的形成,这些漩涡就是气体泄漏产生的声波,而在泄漏早期,漏孔一般为微小孔,产生的声波信号的中心频率在40KHz左右的宽带超声波信号。通过检测这种声波的强度来判别管道或者压力容器是否有泄漏发生,同时泄漏声波在强度差上,时间差上,音色差上的差异,使其具有与众不同的音频特征,有利于听声识别泄漏是否发生,通过对超声频段的泄漏声波信号降频得到有声频段信号,就可以人耳监听识别泄漏。  本设计利用数字信号处理技术完成对泄漏声波信号的实时采样和信号数据的各种数字处理:首先,本设计利用谐振频率和气体泄漏声波中心频率大致相同的压电式超声换能器采集泄漏产生的超声信号,超声信号在空气载波中按指数衰减,同时超声信号中含有大量共模成分,通过硬件电子器件对微弱超声信号进行前置放大,然后依次,窄带滤波提取有效泄漏声波信号,二次信号放大及数模转化。  其次,利用DSP芯片的高速数字处理优势,对连续信号做分帧、加窗,FFT(快速福利叶变换),FIR(有限冲击滤波)低通或带通滤波,COLA(信号重叠相加)重构、拼接形成连续的输出信号。  最后,测试本设计中重叠相加重构输出信号连续性,减少了频谱泄漏,消除了信号中的周期噪音;测试、对比数字滤波抑制干扰信号,提高信噪比,使输出信号更清晰性,提高了检测识别精度;检测本泄漏检测系统的最大有效检测距离。
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