一种压缩空气泄漏定位成像装置的制作方法

1.本技术属于声学与信号处理领域，涉及通讯原理，信号检测，被动声源定位，模拟电路等理论。


背景技术：

2.压缩空气的泄漏是工业生产过程中常见的一种问题，引起压缩空气泄漏的原因包括阀门老化，设备腐蚀等多种因素，压缩空气泄漏造成的能源浪费在各种浪费因素中居于首位，占20％至50％。同时，泄漏对于整个系统的损害还不仅仅只是能源浪费。存在泄漏的干燥压缩空气系统就像海绵一样，会源源不断地吸收大气中的水分，从而影响压缩空气品质。管道内部湿度变大，腐蚀加剧，泄漏会变得更加严重，形成恶行循环。
3.对压缩空气的泄漏监测目前有多种手段。人工手段还是以在待检测设备阀门涂抹肥皂水观察是否有气泡产生为主。自动检测手段一种是基于化学检测的可燃气体泄漏检测仪，该装置通过特定的气体传感器，可以监测当前空间内特定的气体浓度，氧气、可燃气体及氨气在内的多种有毒有害气体，但是其检测性能受限于气体种类，且无法定位泄漏点位置。另一种是基于超声检测的气体泄漏检测仪，该装置有单声传感器，可以监测压缩空气泄漏时所产生的超声波信号，以判断气体泄漏事件，但该装置由单一声传感器构成，仍然无法定位泄漏点位置。最后一种则是基于光学红外的监测手段，通过红外成像技术监测带有温度变化的气体泄漏，该方法对于没有明显温度变化的泄漏监测则无法感知。如何准确监测压缩空气有无泄漏，泄漏位置在哪，并直观呈现出来，则是压缩空气泄漏监测主要关注的问题。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的不足，本发明提供一种压缩空气泄漏定位成像装置。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
6.一种压缩空气泄漏定位成像装置，包括盖板、声呐舱体和天线，所述声呐舱体为长方体，内部设置信号采集模块、信号处理模块、无线通讯模块、声呐传感器；所述声呐舱体顶壁外表面设置由矩形和方形组成的凹槽，方形凹槽与矩形凹槽形成“凸”型，方形凹槽几何中心与矩形凹槽的几何中心在一条垂直于重合边的直线上，矩形凹槽与方形凹槽之间贯通；所述声呐舱体顶壁矩形凹槽内设置孔径为170mm的通孔，多个通孔组成通孔阵列；所述通孔内设置微型麦克风风孔；所述声呐舱体顶壁矩形凹槽内设置可见光光学摄像头；所述声呐舱体顶壁方形凹槽设置红外光学镜头；所述声呐舱体侧壁外侧中心位置设置提供直流12v供电和与外部网络的通讯的航空连接器；所述盖板设置在声呐舱体底壁；所述天线设置在声呐舱体侧壁。
7.所述可见光光学摄像头设置在矩形凹槽的几何中心处，可见光光学摄像头像素大于500万象素。
8.所述红外光学镜头设置在方形凹槽的几何中心处。红外光学镜头像素不低于328*
240，测温范围-20℃～400℃。
9.所述通孔阵列采用阿基米德螺旋阵列，阿基米德阵列以矩形凹槽几何中心为中心。
10.所述声呐传感器的数量为16的倍数。
11.所述微型麦克风风孔选择mems数字麦克风，mems数字麦克风频带宽度为100hz～80khz，麦克风风孔贴有防水透声膜。
12.所述信号采集模块采样频率为96khz。
13.所述盖板在外部中心处设置1组圆环形散热结构，在盖板中心两侧靠近边缘位置设置4组呈对称结构的方形散热齿。
14.所述盖板在外部边缘位置设置9个孔径为6mm的固定螺丝孔，在圆环形散热结构外围设置4个以盖板顶壁为中心的呈正方形排布的螺孔。
15.所述声呐舱体侧壁设置2个孔径为4mm螺孔。
16.本发明的有益效果是：将该装置安装在待监测泄漏管道旁边后，装置会自动采集环境中的超声信号，并实现对由压缩空气泄漏产生的超声信号进行检测，设备检测到泄漏声音信号后，则会利用空气声呐阵列的多个声传感器进行声源定位以及声场成像，同时该装置集成了红外成像模组，可以进行远距离红外成像测温功能，设备会通过网络实时流传输协议将叠加了声场信息的视频流以及红外成像视频流推送向后端服务器，用户在后端服务器对视频流解析后便可以直观的观察到压缩空气泄漏的大小与实际泄漏点位置，以及监测现场的红外成像温度变化。该装置实现了对于压缩空气泄漏的监测以及定位，弥补了传统单传感器监测装置无法确认泄漏点实际位置，监测泄漏种类受限的问题，并以图像形式对泄漏点进行直观展示。
附图说明
17.图1压缩气体泄漏定位成像装置设计图。
18.图2系统工作流程。
19.图3装置硬件模块架构。
20.图4装置软件模块框架图。
21.图中，1-可见光光学摄像头，2-通孔，3-天线，4-红外光学镜头，5-凹槽，6-盖板，7-声呐舱体，8-固定螺丝孔，9-中心散热结构，10-背部固定螺丝孔，11-盖板散热结构，12-航空连接器，13-固定螺丝孔。
具体实施方式
22.针对人工检测管道压缩气体泄漏效率低，周期长，且常见自动化泄漏检测装置无法精确定位泄漏位置的问题，本发明提出一种压缩空气泄漏定位成像装置。该装置主要由多个声传感器按照螺旋阵型排布组成，可以实现对监测环境超声信号的，采集，检测与定位，将该装置安装在待监测压缩空气管道附近后，该装置可以实时采集环境中的超声信号，并在设备边缘端实现针对压缩空气泄漏所产生的超声波信号检测，当设备检测到环境存在的气体泄漏的超声波信号后，立即进行声源定位以及声场成像，最终设备会通过网络实时流传输协议将叠加了声场信号的视频流信号推送给后端服务器，在后端服务器进行存储取
证。该装置实现了针对工业常见的压缩气体泄漏现象的监测与定位，对气体泄漏监测不受气体种类的限制，还可以利用声呐阵列实现对泄漏点的精准定位，并结合摄像头进行可视化成像，同时该装置集成了红外成像模组，可以进行远距离红外成像测温功能，不仅可以用于辅助探测带有温度变化的气体泄漏事件，还可以用于在线监测管道设备的温度状态，更早发现温度隐患。该装置在石油炼化，煤炭化工，等石化运维监测领域具有巨大应用前景。
23.本发明采用的技术方案是：
24.一种压缩空气泄漏定位成像装置，包括盖板、声呐舱体和天线，所述声呐舱体为长方体，内部设置信号采集模块、信号处理模块、无线通讯模块、声呐传感器；所述声呐舱体顶壁外表面设置由矩形和方形组成的凹槽，方形凹槽与矩形凹槽形成“凸”型，方形凹槽几何中心与矩形凹槽的几何中心在一条垂直于重合边的直线上，矩形凹槽与方形凹槽之间贯通；所述声呐舱体顶壁矩形凹槽内设置孔径为170mm的通孔，多个通孔组成通孔阵列；所述通孔内设置微型麦克风风孔；所述声呐舱体顶壁矩形凹槽内设置可见光光学摄像头；所述声呐舱体顶壁方形凹槽设置红外光学镜头；所述声呐舱体侧壁外侧中心位置设置提供直流12v供电和与外部网络的通讯的航空连接器；所述盖板设置在声呐舱体底壁；所述天线设置在声呐舱体侧壁。
25.所述可见光光学摄像头设置在矩形凹槽的几何中心处，可见光光学摄像头像素大于500万象素。
26.所述红外光学镜头设置在方形凹槽的几何中心处。红外光学镜头像素不低于328*240，测温范围-20℃～400℃。
27.所述通孔阵列采用阿基米德螺旋阵列，阿基米德阵列以矩形凹槽几何中心为中心。
28.所述声呐传感器的数量为16的倍数。
29.所述微型麦克风风孔选择mems数字麦克风，mems数字麦克风频带宽度为100hz～80khz，麦克风风孔贴有防水透声膜。
30.所述信号采集模块采样频率为96khz。
31.所述盖板在外部中心处设置1组圆环形散热结构，在盖板中心两侧靠近边缘位置设置4组呈对称结构的方形散热齿。
32.所述盖板在外部边缘位置设置9个孔径为6mm的固定螺丝孔，在圆环形散热结构外围设置4个以盖板顶壁为中心的呈正方形排布的螺孔。
33.所述声呐舱体侧壁设置2个孔径为4mm螺孔。
34.本发明的有益效果是：将该装置安装在待监测泄漏管道旁边后，装置会自动采集环境中的超声信号，并实现对由压缩空气泄漏产生的超声信号进行检测，设备检测到泄漏声音信号后，则会利用空气声呐阵列的多个声传感器进行声源定位以及声场成像，同时该装置集成了红外成像模块，声学监测的同时也可以实现红外测温监测，用户可以在后台服务器直观的观察到压缩空气泄漏的大小与实际位置以及监测目标的温度变化。该装置实现了对于压缩空气泄漏的监测以及定位，弥补了传统单传感器监测装置无法确认泄漏点实际位置，监测泄漏种类受限的问题。
35.本发明装置的总体结构如图1所示。
36.图中1设备的可见光光学摄像头，用于采集图像信号；
37.图中2为通孔，贴有防水透声膜，通孔后面安装声传感器；
38.图中3为天线，用于设备无线网络信号增强；
39.图中4为红外光学镜头，用于采集红外信号，进行红外成像测温监测；
40.图中5为凹槽，凹槽位于声呐舱体顶壁外表面；
41.图中6为盖板；
42.图中7为声呐舱体，内部固定有信号采集模块，信号处理模块，无线通讯模块；
43.图中8为固定螺丝孔，用于固定盖板与声呐舱体。
44.图中9为中心散热结构，用于设备散热；
45.图中10为背部固定螺丝孔，用于设备固定安装；
46.图中11为盖板上的散热结构，用于设备散热；
47.图中12为航空连接器，用于连接网线与电源线；
48.图纸13为下部固定螺丝孔，用于设备固定安装；
49.本发明装置工作流程如图2所示。
50.本发明装置的硬件系统框架如图3所示。
51.本发明装置软件工作流程图如图4所示。
52.本装置具有多通道声传感器，实际传感器数目可以选择16的倍数，选择mems数字麦克风，支持100hz～80khz的频带宽度，阵列阵型采用阿基米德螺旋阵设计，170mm阵列孔径，系统于采样频率为96khz，中心摄像头像素不小于500万，红外镜头采用像素不低于328*240，测温范围在-20℃～400℃之间，具体实施步骤如下：
53.1、设备安装位置确定
54.确认现场需要监测的管道设备，保证待监测管道设备始终位于本发明装置中心摄像头的视场角范围之内，确认装置的安装位置。
55.2、设备固定
56.本装置背面是6mm的安装螺纹孔，底面是4mm的安装螺纹孔，根据实际确认的安装位置，利用设备自身的安装螺纹孔进行固定。
57.3、电源网络接入
58.通过设备下方的航空连接器为设备供电以及连通网络，选择直流12v供电，并将本装置与后端服务器的网络接入到同一局域网内相互连通。
59.4、漏气声音监测
60.本装置开始工作之后，装置会连续采集长度为40mm的声音信号，并在设备边缘端实现对声音信号的处理与分析。
61.5、漏气声场成像
62.当监测到指定频段的漏气信号之后，本装置会进行声场成像，设备每一秒可以成像25帧，并将声场成像图与视频信号相叠加。
63.6、视频推送
64.设备将叠加了声场图像的视频信息以及红外成像视频信息会通过网络实时流传输协议传输的方式实时传给后端服务器，在后端服务器即可正常浏览设备推送的声场视频信息，以判断监测设备管道有无压缩气体泄漏以及泄漏的具体位置。
65.将该装置安装在待监测泄漏管道旁边后，装置会自动采集环境中的超声信号，并
实现对由压缩空气泄漏产生的超声信号进行检测，设备检测到泄漏超声信号后，则会利用空气声呐阵列的多个声传感器进行声源定位以及声场成像，同时该装置集成了红外成像模组，可以进行远距离红外成像测温功能，设备会通过网络实时流传输协议将叠加了声场信息的视频流以及红外成像视频流推送向后端服务器，用户在后端服务器对视频流解析后便可以直观的观察到压缩空气泄漏的大小与实际泄漏点位置，以及监测现场的红外成像温度变化。该装置实现了对于压缩空气泄漏的监测以及定位成像，弥补了传统单传感器监测装置无法确认泄漏点实际位置，且监测种类受限的问题，并以图像形式对泄漏点进行直观展示。该装置可以广泛应用于煤炭炼化、石油炼化生产过程中的管道压缩空气泄漏安全监测，也可以用于搭载在无人值守的巡检机器人上用于对气体管廊压缩空气泄漏的巡检工作，该装置对于进一步提升气体泄漏自动化监测水平，迅速及时检测，发现泄漏点位，提升能源利用效率，降本增效，丰富工业自动化预测性维护水平，具有重大意义。