一种泄漏检测装置及方法与流程
本发明涉及泄漏检测技术领域，尤其涉及一种泄漏检测装置及方法。
背景技术：
工业生产中如果发生物料泄漏事故会造成生成设备损失、原材料浪费和环境污染等危害，因此在生产现场需要设置泄漏检测装置，以便及时发现泄漏，发出报警。工程上常用的漏液检测方法包括电导率检测法、接近开关检测法。
图1展示了一种电导率法漏液检测装置100，包括绝缘外壳11和设于绝缘外壳11内的两个导体12，两个导体12与信号处理单元14连接；导体12部分伸出绝缘外壳11的导体孔13设置，正常情况下两个导体12并不导通，当有液体泄漏，液面覆盖至与两个导体12接触，则两个导体12导通，并传递给信号处理单元14信号，判断发生漏液现象。但是针对电导率检测法，有如下限制：(1)待检测的液体必须为导电型液体，若待测液体不导电或极弱导电性，则即便发生泄漏，两个导体也无法导通，无法有效检测泄漏；(2)检测到泄漏后需对检测装置上的液滴充分处理，否则残余液滴可能会导致检测装置始终处于导通状态，发生误报警；(3)待检测液体不能为腐蚀性液体，否则会导致导体12被腐蚀，检测装置报废。
图2为接近开关法漏液检测装置200，在液体容器的底板21和水平面000之间设置倾斜角α，当有液体泄漏至底板21上时，液体沿着底板21流入漏液收集器22中，当漏液积存到一定量时，设于漏液收集器22上某一高度的接近开关23能够接触到漏液，并检测到电容发生变化，并向控制系统反馈信号，判断发生漏液。针对接近开关检测法，有如下限制：(1)接近开关的检测原理是检测漏液收集器中的电容变化，因此待检测液体需要较高的介电常数才能被接近开关有效地检测到；(2)漏液经过倾斜的底板流入漏液收集器中，其流经的路径上均会有残留漏液，导致接近开关检测到错误的信号，发生误报警，同时也增加了漏液处理难度。
上述检测方式都是针对液体泄漏进行检测，在实际的工程应用中，针对固体类(如固体颗粒、粉体类)物料并没有针对性的检测装置。因此，亟待提出一种新的泄漏检测装置及方法，能够满足各类物料的泄漏检测，并减少误报警现象。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种泄漏检测装置，能够满足液体及固体类物料的泄漏检测。
为实现上述目的，提供以下技术方案：
一种泄漏检测装置，包括信号处理器和振动体；所述信号处理器与所述振动体之间通过振动发生机构和振动检测机构连接；
所述信号处理器连接有远程控制器。
作为优选，所示振动发生机构和所述振动检测机构均使用压电组件。
作为优选，所述信号处理器包括微控制单元和与其连接的压电组件驱动电路、pwm频率调节单元；
所述微控制单元控制所述pwm频率调节单元调制pwm波，并将所述pwm波作为激励信号传递给所述压电组件驱动电路，所述压电组件驱动电路进而驱动所述振动发生机构产生振动，并传递给所述振动体。
作为优选，所述信号处理器还包括信号前置处理电路；所述信号前置处理电路与所述振动检测机构连接，并传递所述振动体的振动响应给所述微控制单元。
作为优选，所述微控制单元连接有继电器驱动报警单元，所述继电器驱动报警单元连接所述远程控制器。
作为优选，所述信号处理器还包括温度检测单元和压力检测单元；所述温度检测单元和所述压力检测单元分别与所述微控制单元连接，并反馈环境的温度和压力给所述微控制单元。
作为优选，所述泄漏检测装置还包括外壳，所述信号处理器设于所述外壳内；所述振动体设于所述外壳的壳体上。
作为优选，所述振动体为杆状结构、音叉结构、单管结构或内外双层套管结构。
本发明的又一个目的在于提供一种泄漏检测方法，能够减少误报警现象，提高装置的可靠性。
为实现上述目的，提供以下技术方案：
一种用于上述泄漏检测装置的泄漏检测方法，具体包括如下步骤：
s1：通过激励方法产生激励信号，使所述振动体产生一定的机械振动响应；
s2：检测出所述振动体机械振动的响应特性；
s3：根据检测的响应特性，通过模拟信号分析或数字信号分析得到系统的模态特性，判断是否发生泄露。
作为优选，步骤s2中，机械振动的响应特性选择信号差δ(a-b)进行检测；
步骤s3中，通过设定所述信号差δ(a-b)的信号差阈值δ(a-b)th，将δ(a-b)与δ(a-b)th比较，进行泄漏判断：
当δ(a-b)>δ(a-b)th，则判断发生泄漏；
当δ(a-b)<δ(a-b)th，则判断不发生泄漏。
作为优选，所述信号差δ(a-b)选择机械振动的频率差。
作为优选，所述频率差的阈值利用温度补偿或压力补偿的方式进行修正。
作为优选，所述振动体的振动形式为非连续振动形式。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明提供的泄漏检测方法通过振动原理进行检测，无需待检测液体具备良好导电性,高介电常数和低腐蚀性等，避免了待检测物料需要特定的理化属性造成的使用限制；同时也适用于固体类物料的检测，扩展了可检测泄漏的物料种类，提高了装置的适用性；
(2)本发明提供的泄漏检测方法以振动体在不同介质中的频率差为响应特性，并通过与设定阈值进行比较进行泄漏的判定，根据不同阈值的设定，能够改变触发报警时泄漏所达到的程度，具有很强的可调节性；且阈值经过修正后，可以消除空气温度和压力干扰因素，对于泄漏的判定更加精确，避免了误报警现象的发生；
(3)本发明提供的泄漏检测装置中，信号处理器的各个部件都被封装在外壳内，泄漏物不会进入到检测装置内部，不需要对泄漏检测装置进行专门的残余泄漏处理，基本上可以做到免维护，减少了操作人员的操作风险；
(4)本发明提供的泄漏检测装置通过体效应检测泄漏，少量的物料残余对于没有发生泄漏的情况下的振动频率测量的结果影响很小；避免了传统的检测装置中由于残余物料处理不干净，引起误报警的现象，提高了泄漏检测的可靠性。
附图说明
图1为现有技术中电导率法漏液检测装置的结构示意图；
图2为现有技术中接近开关法漏液检测装置的结构示意图；
图3为本发明实施例二中泄漏检测装置的结构示意图；
图4为本发明实施例二中振动体与外壳的连接关系示意图；
图5为本发明实施例二中泄漏检测装置的控制原理图；
图6为本发明实施例二中振动发生机构的间歇振动时序图。
附图标记：
100-电导率法漏液检测装置；11-绝缘外壳；12-导体；13-导体孔；14-信号处理单元；200-接近开关法漏液检测装置；21-底板；22-漏液收集器；23-接近开关；000-水平面；
3-泄漏检测装置；31-外壳；32-信号处理器；321-微控制单元；322-压电组件驱动电路；323-信号前置处理电路；324-pwm频率调节单元；325-继电器驱动报警单元；326-温度检测单元；327-压力检测单元；33-振动体；331-振动杆；34-振动发生机构；341-第一压电组件；35-振动检测机构；351-第二压电组件；36-电缆；37-远程控制器；
4-泄漏物。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本实施例提供了一种泄漏检测方法，包括如下步骤：
s1：通过激励方法产生激励信号，使被测对象产生一定的机械振动响应；
s2：检测出被测对象机械振动的响应特性，例如：位移、速度、加速度等函数的时间历程，或者振动的频率、幅值或相位的变化；
s3：根据检测的响应特性，通过模拟信号分析或数字信号分析得到系统的模态特性，判断是否发生泄露。
机械振动是指物体在其稳定的平衡位置附近所作的往复运动，运动物体的位移、速度和加速度等物理量都是随着时间往复变化的。因为机械振动能够穿透空气、液体或者固体(如固体颗粒或粉体介质)等介质，并受到介质阻尼效应的影响而产生振动频率等参量的变化，因此上述物料泄漏检测方法能够适用于除了液体以外的其他物料的泄漏检测，待测物料不必具有特定的理化特性(如良好导电性，高介电常数，低腐蚀性等)，降低了泄漏检测装置的使用条件，消除了由特定理化特性造成的泄漏检测装置的使用限制，使得使用单一的泄漏检测装置就可以完成多项泄漏检测任务，减少了设计、调试以及维护的工作量。
机械振动检测选择频率、幅值或者相位等参量作为机械信号进行检测，常用的机械振动检测方式有：(1)机械式：将振动的参量转换成机械信号，再经机械放大后，进行测量、记录；(2)光学式测量方法：将机械信号转换为光学信号，经光学系统放大后显示和记录；(3)电学式测量方法：将机械信号转换成电信号(电动势、电荷及其他电量)，经过电路放大后显示和记录，本实施例中优选电学式测量方法。
实施例二
本实施例提供一种泄漏检测装置3，利用实施例一中的检测方法，实现物料的泄漏检测。如图3-5所示，该泄漏检测装置3包括外壳31、设于外壳31内的信号处理器32和设于外壳31壳体上的振动体33；信号处理器32与振动体33之间通过振动发生机构34和振动检测机构35连接；信号处理器32通过电缆36连接远程控制器37。信号处理器32给振动发生机构34发送信号，振动发生机构34将信号转换为机械振动，并驱动振动体33产生振动；振动体33设置于泄漏物料的收集容器内，当有物料泄漏时，振动体33在泄漏物4中振动会产生阻尼，发生机械信号的改变，振动检测机构35对机械信号进行实时检测，并将机械信号转换为其他信号，传递给信号处理器32进行处理，最后由电缆36传递给远程控制器37，进行通信。
振动发生机构34和振动检测机构35均选择使用压电组件，分别为第一压电组件341和第二压电组件352。根据压电效应，第一压电组件341用于将信号处理器32的激励电信号转化为振动体33的机械信号；第二压电组件352检测振动体33的机械信号，并将其转换为电信号。如图4所示，第一压电组件341和第二压电组件352设置于振动体33上与外壳31连接的端面附近。
具体地，信号处理器32包括微控制单元321和与其连接的压电组件驱动电路322、信号前置处理电路323、pwm频率调节单元324和继电器驱动报警单元325；压电组件驱动电路322与第一压电组件341连接；微控制单元321控制pwm频率调节单元324调制频率为fp的pwm波，并将其作为激励信号传递给压电组件驱动电路322，驱动第一压电组件341产生响应，并传递给振动体33。
信号前置处理电路323与第二压电组件352连接，用于对第二压电组件352的电信号进行检测，并经由过滤波放大后输送至微控制单元321进行a/d转换和运算处理；微控制单元321通过检测信号的变化判断是否发生泄漏，进而驱动继电器驱动报警单元325产生报警信号。继电器驱动报警单元325与远程控制器37连接。
于本实施例中，机械信号选用振动频率，响应特性选择振动体33的频率差；由于机械振动在空气介质的阻尼与在液体或者固体介质中的阻尼相差较大，因此当泄漏物4触碰到振动体33时，受到阻尼作用，振动体33的振动频率fb会急剧衰减，泄漏的发生判定具体包括如下步骤：
s1：设定振动体在空气环境中的基准振动频率为fb0，以振动体频率fb与fb0的差值δfb＝fb-fb0作为检测量，设定差值的一个阈值δfth；
s2：当δfb>δfth，则判断发生泄漏，继电器驱动报警单元325发出报警信号；
s3：当δfb<δfth，则判断不发生泄漏，继电器驱动报警单元325不发出报警信号。
具体而言，压电组件选用电压信号进行检测，根据压电效应，振动频率fb减小会带动第二压电组件352产生的电压信号vb降低。电压信号vb由信号前置处理电路323检测，并经过滤波放大送至微控制单元321进行a/d转换和处理，微控制单元321通过检测电压信号vb的变化来判断是否泄漏，即将频率差的比较最终转换为了电压信号差值的比较。
本实施例提供的判定方法，根据不同阈值δfth的设定，能够改变触发报警时泄漏所达到的程度；根据需要泄漏物种类的不同、泄漏物对机械振动阻尼力的不同，设定不同的阈值，使得该泄漏检测装置3具有很强的可调节性。
振动体33在空气环境中的基准振动频率fb0会受空气密度的变化影响。空气密度ρ0在标准情况(0℃，101kpa)下为1.293g/l，在大气气压p和气温t的情况下，空气密度
泄漏检测装置的工作环境并非为上述标准情况，为消除空气密度带来的干扰，提高泄漏检测的灵敏度，需要对不同温度和气压下，振动体33的基准振动频率fb0进行修正，因此上述信号处理器32还包括温度检测单元326和压力检测单元327，温度检测单元326和压力检测单元327分别与微控制单元321连接，并反馈当前环境的温度t′和压力p′给微控制单元321，微控制单元321修正振动体33的基准振动频率为f′b0，此时检测量为δfb＝fb-f′b0，如果仍以原先的阈值δfth作为参考，则会干扰泄漏判断，因此需要微控制单元321根据环境的温度t′和压力p′，通过温度补偿和压力补偿的方式来重新计算出一个阈值δf′th，δf′th是随着环境温度t′和压力p′动态变化的阈值，用这个修正后的阈值来代替原先的固定阈值，以获得更准确的泄漏判断，减少泄漏检测装置3发生误报警的风险。
本实施例中的温度检测单元326的温度检测方式可选择但并不局限于以下方式：电阻测温、热偶测温、红外测温。本实施例中的压力检测单元327可选择但并不局限于以下装置：应变片压力传感器、扩散硅压力传感器、压电压力传感器。
本实施例中通过检测振动的频率参量进行机械信号的传递，实现泄漏的判定，具体实施时并不局限于频率参量，还可选择振动幅值、振动相位等其他参量作为机械信号进行传递。
进一步地，如果激励信号pwm波的频率fp与振动体33自身的固有频率f0一致，则振动体33处于共振状态。在共振状态下，振动能量能够被锁定在振动体33中，使得很小的能量就能驱动振动体33产生长时间的振动；并且基于这种共振状态的泄漏检测装置，工作时振动能量几乎不会传递到外壳31等部位，这样在设计上就可以尽量降低振动体33的振幅，降低压电组件的驱动电压，延长装置的使用寿命。但是如果振动体33一直工作于共振区，长时间的振动会产生疲劳损坏，因此应将振动能量控制在一个较小的范围内，不能使振动体33工作于高阶振动频率；而低阶振动又不足以使振动体33产生明显振动，因此振动体33可以考虑采用但不限于如下结构：(1)杆状结构；(2)音叉结构；(3)单管结构；(4)内外双层套管结构。本实施例中振动体33优选为振动杆331，其数量可以是一个或多个，其横截面可以是恒定截面积也可以是渐变截面积。
进一步地，为了节省能源并延长该泄漏检测装置3的检测寿命，振动发生机构34可以控制振动体33产生间歇振动。如图6所示，间歇振动的周期t中，振动发生时间to和振动关断时间tc均可设置，只要满足非连续脉冲的振动发生方式即可。
本实施例中，泄漏检测装置3中的信号处理器32的各个部件都被封装在外壳31中，振动体33与外壳31的壳体也为密封连接；在发生泄漏时，泄漏物4不会渗入到外壳31的内部，因此不需要对泄漏检测装置3进行专门的残余泄漏物的处理，减少了维护的工作量，减少了操作人员的操作风险。进一步地，由于介质对振动频率的影响是体效应，少量的残余泄漏物对于没有发生泄漏的情况下的振动频率的检测结果影响很小；同时还可以通过信号处理器32对于判断发生泄漏的阈值δfth进行适当调整,消除残余泄漏物的影响。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
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