具备可视化引导功能的便携式超声检漏仪的制作方法

本发明属于航天器密封检漏技术领域,具体而言，本发明涉及一种具备可视化引导功能的便携式非接触式超声检漏装置。

背景技术：

近几年，随着声学检测技术的发展，超声检漏在工业泄漏检测领域的使用越来越广泛。相比于其他检漏方法，超声检漏具有快速、便捷的特点。而随着人类航天器的大型化、长期化，在轨检漏成为航天器在轨运行可靠性和安全性的保障，考虑到航天员在轨使用的方便性和时效性需求，在轨使用的检漏仪需要有较好的人机界面和可操作性。

目前，国外已经有厂商生产超声检漏仪，法国Synergys公司生产的LEAKSHOOTER系列超声检漏仪具备可视化功能，但该可视化功能仅进行实时拍摄，无法引导指示漏孔的位置或方向，检测人员依然是沿固定轨迹巡检。而国内近几年也开始了便携式超声检漏仪的研制，但不具备可视化功能。因此，亟需研制新一代具备可视化引导功能的便携式超声检漏仪，以满足航天等领域的检漏的需求，尤其在大型密封结构的漏点定位方面，极具优势。

技术实现要素：

本发明提供一种具有高清摄像头及彩色显示屏的带视觉引导功能的便携式超声检漏仪，适用于航天器、真空环模设备或其他压力容器设备等密封结构的泄漏检测。本发明以真空设备的上游检测为标准进行设计，但在实际 使用过程中也同样适用于压力设备泄漏的下游检测。

本发明的具备可视化引导功能的超声检漏仪，主要包括：带高清摄像头的超声传感器探头阵列结构、带有充电电池组的电源模块、放大滤波电路模块、DSP处理模块、ARM处理模块、液晶触摸显示屏和机壳，电源模块为各模块提供电源，机壳为手持式枪形结构，内部设置电源模块、放大滤波电路模块、DSP处理模块和ARM处理模块，枪形结构的检测前端可拆卸地设置超声传感器探头阵列结构，枪形结构的后端设置液晶触摸显示屏以便于检漏人员进行观察，其中，超声传感器探头阵列结构为8路超声传感器和高清摄像头单元共同组成3×3的阵列结构，泄漏产生的超声信号由8路超声传感器接收后经过放大滤波电路模块转化为数字信号，经过DSP处理模块进行采样计算处理和分析，之后的结果通过串口传送到ARM处理模块上，而高清摄像头拍摄到的画面则直接传送到ARM处理模块，实景和检测结果均实时显示在液晶触摸显示屏中，检漏人员在液晶触摸显示屏的可视化引导进行检漏。

其中，液晶触摸显示屏为5.6寸彩色显示屏。

其中，彩色显示屏具有人机操作界面，界面具有拍摄、存储、删除功能。

其中，机壳外表面设置抗噪聚音罩。

其中，ARM处理模块电连接设置储存单元，存储单位为SD存储卡。

其中，传感器信号通过切换开关传入信号处理电路，首先通过四级放大滤波电路使信号放大。

进一步地，四级放大滤波电路均采用AD620,放大倍数达到6800倍以上，然后将放大之后的信号输入到DSP数字处理电路中。

进一步地，DSP芯片采用TMS320F28335，进行切比雪夫数字滤波和快速傅里叶变化FFT，将时域信号转化为频域信号，然后将分析结果输入到ARM显示屏上，通过屏幕上的操作将信号显示出来。

其中，显示屏上将区域分为9个子区域，每个显示区域与阵列超声探头的检测区域一一对应，实时显示各区域的泄漏情况。

其中，彩色显示屏具有可视化引导功能，当检测到的超声波值达到泄漏阈值，显示屏中间会出现相应箭头，指示接收到最大超声信号的传感器方向，引导检漏人员上述方向寻找漏点。

其中，8路超声传感器相互独立，其结果经对比通过串口将传输给ARM显示模块。

本发明的优点在于：

1、本发明可对漏孔及附近区域进行实景的实时显示，且在显示屏上将区域分为9个子区域，每个显示区域与阵列超声探头的检测区域一一对应，实时显示各区域的泄漏情况。

3、本发明具有可视化引导功能，当检测到的超声波值达到泄漏阈值，显示屏中间会出现相应箭头，指示接收到最大超声信号的传感器方向，引导操作者向该沿该方向寻找漏点。

4、本发明的可视化模块为可拆卸装置，将可视化模块拆卸后再更换不带有摄像头及切换开关的普通探头，超声检漏仪可以按照无可视化模块进行工作。

5、本发明可对传感器探头周围R＝0.5m圆范围内，实现实时泄漏检测和定向，在正确的检测步骤和方法指导下，能对航天器舱内进行全方位扫描和检测，实现对直径0.5mm以上漏孔的准确判断。

6、本发明可视化模块使用触屏显示和操作，可在屏幕直接进行拍照、储存、查看、删除、参数编辑等操作。

附图说明

图1为本发明的具有可视化引导功能的超声检漏仪的结构框图。

图2为本发明的具有可视化引导功能的超声检漏仪信号流框图。

图3为本发明的具有可视化引导功能的超声检漏仪的超声传感器探头阵列结构图。

图4为本发明的具有可视化引导功能的超声检漏仪中触摸显示屏的人机交互界面的按键示意图。

图5为本发明的具有可视化引导功能的超声检漏仪的触摸显示屏拍摄界面泄漏信号指示图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具有可视化引导功能的超声检漏仪进行进一步说明，该说明仅仅是示例性的，并不旨在限制本发明的保护范围。

本发明的具有可视化引导功能的超声检漏仪的结构框图如图1所示，其主要包括阵列式切换探头模块、放大电路模块、电源模块、DSP模块和ARM显示模块，电源模块负责对传感器、DSP以及嵌入式模块供电。其中传感器和DSP的供电只能有电源模块提供，可替换地，ARM的供电则也可由外部5V直流电源供电。8路传感器和高清摄像头共同组成3×3的阵列式切换超声探头，实现对超声波的检测以及对检测实景实时摄像和引导结果的显示。本发明的具有可视化引导功能的超声检漏仪主要处理的是超声信号，其信号流如图2所示，泄漏产生的超声信号被阵列式超声传感器的8路探头接收之后经过AD转化为数字信号，经过DSP的采样计算处理和分析之后的结果通过串口传送到ARM上，而高清摄像头拍摄到的画面则直接传送到ARM上，实景和检测结果均实时显示在显示屏中，人机操作界面为ARM显示屏，可在界面上进行拍摄、存储、删除等功能。

在一具体的实施方式中，本发明的具有可视化引导功能的超声检漏仪的阵列超声传感器探头的结构图如图3所示，具有8个压电式超声传感器，摄像头安放在8个传感器中间，摄像头的线路与传感器线路相互独立。8个超声传感器通过8路切换开关，由DSP定时触发，切换速度优于200ms，实现传感器信号经开关控制后单路分时传入高精度AD进而由DSP进行后续处理，实现8路相互独立，其结果经对比通过串口将传输给ARM显示模块，每一路 结果对应屏幕上的一个区域而摄像头接收到的视频信号传输给ARM显示模块。

在另一具体的实施方式中，传感器信号通过切换开关传入信号处理电路，首先通过四级放大滤波电路使信号放大，四级放大芯片均采用AD620,放大倍数达到6800倍以上，然后将放大之后的信号输入到DSP数字处理电路中，DSP芯片采用TMS320F28335，进行切比雪夫数字滤波和快速傅里叶变化FFT，将时域信号转化为频域信号，然后将分析结果输入到ARM显示屏上，通过屏幕上的操作将信号显示出来。

高清摄像头通过信号线连接ARM嵌入式处理器，在5.6寸显示屏上显示摄像头拍摄画面。拍摄显示画面如图4所示，显示屏为触屏控制。启动画面为首页，首页显示“神舟”字样，下方设置拍摄、图片、设置三个触屏按键，分别指向摄像头拍摄画面，拍摄图像，以及相关参数设置三个界面。触摸“拍摄”按键之后进入摄像头拍摄画面，拍摄画面帧数为24帧/s，在拍摄界面也有三个触摸按钮，分别是返回，拍摄，以及查看图片，返回按键指向首页，拍摄是将摄像头正在拍摄的画面截屏并储存，而点击查看图片则进入图片界面，将已拍摄图像按照3*4的矩阵排列，可选择查看相应图片并进行删除操作。在点击删除按键之后，界面弹出是否确认删除对话框，在确认之后才能执行删除操作。

在拍摄模式下，如图5所示，屏幕会随着DSP接收到的超声探头的信号进行改变。将屏幕等分为3×3的9个区域，除中心区域外，其他区域与图3所示的8个传感器相对应。八个传感器编号分别0-7，其接收到的数值分别为S0到S7，通过切换开关实现单通道分时检测，每次接收到的信号与传感器编号和相对应的显示屏幕区域一一对应，经AD采集后经DSP数据处理模中进行处理，得到相应报警灯绿灯、黄灯和红灯闪烁或常亮的结果传递到ARM上，ARM在屏幕中央显示相应颜色的箭头，如图4所示，箭头的颜色和闪烁方式与DSP处理结果相同，将信号等级分为：黄灯闪烁、黄灯常亮、红 灯闪烁、红灯常亮四个等级。在屏幕刷屏的同时进行S0到S7八个数值比较操作，箭头的方向指向传感器接收的最大值方向，且对应的方块标以相应颜色。当信号等级为普通时，最大值方向显示为绿，当信号等级为黄灯闪烁或黄灯常亮时，对应的框为黄色，若信号等级为红灯闪烁或红灯常亮时，对应的框为红色，箭头也对应相应的颜色及闪烁频率。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。