专利名称：探头内置式氢气检漏仪的制作方法
技术领域：
本发明属于气体泄漏检测领域，具体涉及一种利用氢气示踪法检测可充气式电缆或管线泄漏的探头内置式氢气检漏仪。
背景技术：
中国专利ZL01236193.3公开了一种“充气式电缆氢气探漏仪”，为一种使用氢气示踪法对充气式电缆进行检漏的装置，采用外置式氢敏探头，通过将检测到的氢气信号转换为电信号后经信号传输线直接送到放大电路进行放大并由指示电路显示监测到的氢气浓度检测结果，该装置存在以下不足1、为了提高检测的灵敏度和响应速度，外置式氢敏探头内的氢敏半导体传感器选用了氢敏钯栅场效应管元件，该元件的使用要求场效应晶体管的芯片裸露在被检测气体中，以保证被检测气体与芯片的接触，同时该气敏探头工作时处于通电状态，芯片工作温度较高，所以实际工作状态中的芯片不能遇水。但是目前充气式电缆多敷设于地下管道，管线泄漏需检测的环境多有地下积水或含水量较高的污泥，因此，该外置式氢敏探头的应用范围受到限制。
2、外置式氢敏探头的形式主要有手持探头、地面探头、空中探头、管道探头等，在实际工作状态时，由于空气的自然流动，氢气极易扩散，尤其在有风时，氢气上升地面后很容易吹跑，不利于漏点的快速、准确定位，造成检测的灵敏度的下降。
3、没有连续数据储存和任何数字化处理手段，仅仅利用信号幅值作为判据，通过报警提醒检测人员不同浓度氢气含量，使用中只是依靠报警音量变化难于分辨和确定应移动方向，必须不断比较当前位置与刚才位置所接收到的信号强弱，对于不同灵敏度设定或不同位置信号强弱变化难于判断，不能直观的指示漏点位置方向并进行精确定位。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于测试氢气的、防风、防水、灵敏度高、可对漏点进行精确定位和指示的探头内置式氢气检漏仪。
本发明的技术方案是提供一种探头内置式氢气检漏仪，包括外接吸气管、微型吸气泵、氢敏探头、信号处理电路和指示电路，其特征在于氢敏探头和微型吸气泵内置于氢气检漏仪中，所述微型吸气泵的入口与外接吸气管的末端封闭连接，氢敏探头置于微型吸气泵的出口管路中，所述氢敏探头采用氢敏半导体传感器，其信号输出端与信号处理电路的输入端连接，信号处理电路的输出信号送至指示电路进行检测结果和漏点定位指示。
所述的微型吸气泵的排气量优选为0.5-1.0L/min。
所述的外接吸气管由可伸缩螺旋管和一直管组合而成。
所述的外接吸气管由可伸缩螺旋管和一可盘绕的挠性管组合而成。
所述的外接吸气管与微型吸气泵的连接方式为密封插接式连接或配合螺纹式连接。
所述的外接吸气管的吸入端口设置一防水过滤器。
所述的防水过滤器为一微孔陶瓷滤罩。
所述的氢敏半导体传感器采用氢敏钯栅场效应管；所述的信号处理电路由驱动放大电路和记忆分析电路组成。
所述的驱动放大电路由两个恒流源、一个比例积分电路、一个调零电路和一个可调增益电路组成，所述的记忆分析单元由带A/D转换和存储器的微处理器或单片机组成，所述的指示电路为LCD液晶显示器、LED发光二极管、扬声器或耳机。
与现有技术相比，本发明的优点是1、本发明采用内置式氢敏半导体传感器做氢敏探头，通过外接吸气管和内置的微型吸气泵将检测目标空间内的空气强行吸入，实现防止被测气体逸散并对其中氢气含量进行分析，具有防风功能，保证了检测的灵敏度，具有检测灵敏度高、选择性好、响应速度快、泄漏部位定位精度高的优点，在有风及风向多变天气效果更为明显，可满足全天候检漏操作。
2、本发明通过外接吸气管强行吸入检测目标空间内的空气利用内置式氢敏探头进行检测，外接吸气管的吸入端口设置防水过滤器，具有防水功能，避免了氢敏钯栅场效应管元件与水的接触，解决了在有一定深度积水的情况下，对采用管道敷设的充气式电缆进行检漏的问题，提高了该装置工作的可靠性和适应性。
3、利用数字信号处理的优势，通过对所检测到的氢气信号进行连续记忆、对比、判断，可以直接地、实时地由指示器明确指示出氢敏探头偏离还是接近泄漏点的趋势和应移动方向，最终逼近并到达泄漏点中心(即最高浓度氢气集中处)，提高了检测结果指示的可靠性和直观性，从而提高了检漏效率，减小了检漏工作强度，降低了对检漏装置使用者的经验要求。
4、本发明内置氢敏探头和微型吸气泵，信号处理部分大量使用数字集成电路，整机体积小，指示直观、移动检测操作方便。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图1是本发明的结构原理框图。
图2是本发明驱动放大电路的结构原理框图。
图3是本发明驱动放大电路实施例的线路图。
图4是本发明的工作原理示意图。
图中1为探头内置式氢气检漏仪，2为外接吸气管，3为微型吸气泵，4为氢敏探头，5为信号处理电路，6为指示电路，7为驱动放大电路、8为记忆分析电路，9为氢气示踪气体注入设备，10为待测充气式电缆或地下管线。
具体实施例方式
图1中，本发明的探头内置式氢气检漏仪1包括外接吸气管2、微型吸气泵3、氢敏探头4、信号处理电路5和指示电路6，其中微型吸气泵3和氢敏探头4内置于氢气检漏仪中，微型吸气泵3的入口与外接吸气管2的末端封闭连接，氢气检测部分的氢敏探头4置于微型吸气泵3的出口管路中，吸入采样气体经过微型吸气泵3和氢敏探头4后以增压的状态沿气流通路从氢气检漏仪本体排出，氢敏探头4采用氢敏半导体传感器，其信号输出端与信号处理电路5的输入端连接，信号处理电路5的输出信号送至指示电路6进行检测结果和漏点定位指示。
外接吸气管2可采用在自然状态时为螺旋环绕形态的可伸缩、弯曲的螺旋管或其它橡胶软管与微型吸气泵3连接，其连接方式为密封插接式连接或配合螺纹式连接，外接吸气管2根据检测工况需要在可伸缩螺旋管基础上再组合连接一检测直管，以适应多种情况下的如手持检漏；对于无法开挖、有轻度弯曲的地埋式水平管道、小口径沟渠内的长距离探测，则可再配合连接一可盘绕的挠性管，利用其具有一定硬度、纵向挠性而横向刚性，耐磨、防水的特点，在无需外加支撑固定的条件下，延伸进入待测目的地，同时为解决在有一定积水深度的情况下，对采用管道敷设的充气式电缆进行检漏的问题，防止将水吸入外接吸气管，在外接吸气管2的吸入端口安装一防水过滤器，防水过滤器采用现有技术如微孔陶瓷材料制成的滤罩等，由于微孔陶瓷材料本身的材质特性所致，决定了气体对其有较好的穿透性，由于氢气分子量小，穿透力强，对微孔陶瓷的穿透性更佳，而水的分子量较氢气要大，相对而言较难穿过微孔陶瓷制成的滤罩，从而达到了既须防水又要通气的目的，微孔陶瓷滤罩的外面还可安装一金属过滤罩，方便更换及耐水冲洗。
本发明的内置式微型吸气泵3可选用市售气体采样泵或微型真空泵，考虑到外接吸气管的长度造成的抽气端阻力，微型吸气泵3的排气量可选择0.2-3L/min，优选为0.5-1.0L/min。
本发明的信号处理电路5由驱动放大电路7和记忆分析电路8组成，记忆分析电路8采用常规的带A/D转换和存储器的微处理器或单片机；指示电路6采用LCD液晶显示器、LED发光二极管、扬声器或耳机。
驱动放大电路7驱动氢敏探头4工作并将所检测到的漏点氢气信号转换为电信号，放大后送到记忆分析电路8，在微处理器或单片机内进行A/D转换后变成数字信号并被连续存储记忆；当漏点氢气信号随着外接吸气管吸气端口的移动出现强弱变化，在微处理器或单片机内当前位置信号始终与此前采样信号进行比较，如果信号逐渐增强，则由指示器8给出向前指示，当漏点氢气信号达到最大值并开始逐渐减弱时，说明当前位置已越过漏点，指示器8给出向后指示，当再次退回到最大值处时，指示器8给出空心圆形显示并记忆该信号强度；此后切换到沿该点左右移动，并以此点最大信号强度为基准，新的位置信号始终与之相比较，根据漏点信号逐渐增强还是减弱指示器8分别给出向左/向右信号，比如先向右移动，如果信号继续增强，则给出继续向前即向右指示，反之则给出相反方向即向左指示，如此继续直到确认所记忆信号中的最大值，则确认该最大值点即最高浓度氢气集中处，满足判断条件由指示器8给出泄漏中心定点实心圆形指示，显示氢气浓度最大值并发出漏点定位声音报警。
记忆分析电路8所用单片机的型号可以选用C8051F020或与之功能相同或相近的微处理器，微处理器或单片机的输入信号接线参照所述型号元件管脚使用说明即可；在微处理器内只需设定逻辑判断条件即当开始采到漏点氢气信号且当前值大于上一采样信号值，且选择沿管线方向，则输出正向箭头信号，反之输出反向箭头信号，并对于该方向上的最大值进行记忆；然后选择垂直管线方向，从沿管线方向上的最大点处开始左右移动，设定逻辑判断条件同前，分别输出左/右箭头信号，当再次回到最大点处，且该点信号强度与所记忆信号最大值比较一致，则判断该点泄漏氢气浓度最大，根据氢气在逸出地面过程中横向扩散很小，基本在地表面分布范围成圆形，中心浓度最大的特点，很容易判断该浓度最大点(须与管线走向定位一致)为精确泄漏点，从而发出指令信号驱动指示器显示泄漏中心实心圆形指示，显示氢气浓度最大值或给出漏点中心声音报警，由工作人员进行定位标记后继续检测或再次重复验证。
装置电源可采用大容量可充电电池并保留外供电源接口。
图2中，氢敏探头4采用氢敏钯栅场效应管Pd-MOSFET，其驱动放大电路7由两个恒流源、一个比例积分电路、一个放大电路和电源组成，连接方式为氢敏钯栅场效应管的端口1与一个恒流源及放大电路的一个输入端连接，端口4与另一个恒流源及比例积分电路的一个输入端连接，比例积分电路的输出与氢敏钯栅场效应管的端口2连接，氢敏钯栅场效应管的端口3直接与电源连接。电源为电路供电，放大电路的输出端输出漏点氢气模拟信号到记忆分析电路8。
设置恒流源的目的是为氢敏钯栅场效应管提供一个稳定的工作电流，提高其工作稳定性；比例积分电路可以调整并使得氢敏钯栅场效应管工作在一个适当、稳定的工作温度范围内。
图3中，恒流源电路由稳压二极管Z1、Z2、电阻R1-R6及三极管BG1和BG2构成；电阻R7、可调电阻W1和稳压二极管Z3构成调零电路；放大器IC1、电阻R8、R9、可调电阻W2构成可调增益电路；可调电阻W3构成给定电路；放大器IC2，电阻R10，R11，R12和C1构成比例积分电路。其中+5V电源端分别经稳压二极管Z1、Z2负极和电阻R2、R5与三极管BG1、BG2的b极和e极连接，-5V电源端分别经电阻R1、R4与三极管BG1、BG2的b极连接，三极管BG1、BG2的c极分别经电阻R3、R6与氢敏钯栅场效应管的1、4端连接，氢敏钯栅场效应管的3端与-5V电源端连接；+5V电源端经电阻R7与可调电阻W1的1端及稳压二极管Z3的负极连接，可调电阻W1的2端及稳压二极管Z3的正极与-5V电源端连接，其3端经电阻R8与放大器IC1的一个输入正端连接，放大器IC1的另一个输入端与可调电阻W2的1端、可调端3端相接并经电阻R9与氢敏钯栅场效应管的1端连接，可调电阻W2的2端与放大器IC1的输出端连接，+5V电源端与可调电阻W3的1端连接，-5V电源端与可调电阻W3的2端连接；放大器IC2的一个输入负端经电阻R11与可调电阻W3的3端相接，并经电阻R12与氢敏钯栅场效应管的4端连接，同时还经电容C1负端、电阻R10与放大器IC2的输出端连接；放大器IC2的另一个输入正端接电源地；放大器IC2的输出端还与氢敏钯栅场效应管的2端连接。
运算放大器IC1、IC2可以选用LM324、LM741或与之功能相同或相近的集成电路，电源可采用可快速充电大容量锂电池。
设置调零电路和可调放大增益电路可以使本发明适应不同的氢敏探头、线路阻抗以及电源电压的波动等。
图4中，对充气式电缆或埋地管线10检漏时，由氢气示踪气体注入设备9向待测地下管线注入一定压力的成分为5％氢气和95％氮气的示踪气体；当漏点氢气信号逸出到地面时，携带氢气检漏仪8沿待测充气式电缆或地下管线10上方地面移动搜索检测，其内置微型吸气泵通过外接吸气管将漏点氢气吸入后流经内置的氢敏探头后排出，内置氢敏探头将检测到的氢气信号转换为电信号，经氢气检漏仪8内的信号处理电路进行放大、存储和分析处理后，根据所测得氢气信号的强弱变化，氢气检漏通过指示电路给出前、后、左、右指示；当到达信号最大值点时，显示氢气浓度检测最大值并给出漏点定位声音报警。
本发明大量使用数字集成电路，充分利用数字信号处理的优势，通过对所检测到的漏点氢气信号进行连续记忆、对比、判断，可以直接地、实时地由指示电路明确指示出氢敏探头偏离还是接近泄漏点的趋势和应移动方向，最终逼近并到达泄漏点中心(即最高浓度氢气集中处)，提高了检测结果指示的可靠性和直观性，从而提高了检漏效率，减小了检漏工作强度，降低了对检漏装置使用者的经验要求。
本发明的探头内置式氢气检漏仪可做成手推车式或便携式。由于大量使用集成电路，工作稳定可靠，整机体积小，移动检测操作方便，可广泛用于充气式电缆或埋地管线的氢气示踪法检漏。
权利要求
1.探头内置式氢气检漏仪，包括外接吸气管、微型吸气泵、氢敏探头、信号处理电路和指示电路，其特征在于氢敏探头和微型吸气泵内置于氢气检漏仪中，所述微型吸气泵的入口与外接吸气管的末端封闭连接，氢敏探头置于微型吸气泵的出口管路中，所述氢敏探头采用氢敏半导体传感器，其信号输出端与信号处理电路的输入端连接，信号处理电路的输出信号送至指示电路进行检测结果和漏点定位指示。
2.按照权利要求1所述的探头内置式氢气检漏仪，其特征是所述的微型吸气泵的排气量优选为0.5-1.0L/min。
3.按照权利要求1所述的探头内置式氢气检漏仪，其特征是所述的外接吸气管由可伸缩螺旋管和一直管组合而成。
4.按照权利要求1所述的探头内置式氢气检漏仪，其特征是所述的外接吸气管由可伸缩螺旋管和一可盘绕的挠性管组合而成。
5.按照权利要求1所述的探头内置式氢气检漏仪，其特征是所述的外接吸气管与微型吸气泵的连接方式为密封插接式连接或配合螺纹式连接。
6.按照权利要求1所述的探头内置式氢气检漏仪，其特征是所述的外接吸气管的吸入端口设置一防水过滤器。
7.按照权利要求6所述的探头内置式氢气检漏仪，其特征是所述的防水过滤器为一微孔陶瓷滤罩。
8.按照权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的探头内置式氢气检漏仪，其特征是所述的氢敏半导体传感器采用氢敏钯栅场效应管；所述的信号处理电路由驱动放大电路和记忆分析电路组成。
9.按照权利要求8所述的探头内置式氢气检漏仪，其特征是所述的驱动放大电路由两个恒流源、一个比例积分电路、一个调零电路和一个可调增益电路组成，所述的记忆分析单元由带A/D转换和存储器的微处理器或单片机组成，所述的指示电路为LCD液晶显示器、LED发光二极管、扬声器或耳机。
全文摘要
一种探头内置式氢气检漏仪，包括外接吸气管、微型吸气泵、氢敏探头、信号处理电路和指示电路，其特征在于氢敏探头和微型吸气泵内置于氢气检漏仪中，所述微型吸气泵的入口与外接吸气管的末端封闭连接，氢敏探头置于微型吸气泵的出口管路中，所述氢敏探头采用氢敏半导体传感器，其信号输出端与信号处理电路的输入端连接，信号处理电路的输出信号送至指示电路进行检测结果和漏点定位指示。优点防风、防水、指示直观、可精确定位、减少了检测劳动强度，可广泛应用于充气式电缆或埋地管线的泄漏检测。
文档编号G01N27/414GK101034030SQ20071001366
公开日2007年9月12日 申请日期2007年3月4日 优先权日2007年3月4日
发明者耿玉桐 申请人:淄博思科电子技术开发有限公司