本發(fā)明屬于航天器密封檢漏技術(shù)領(lǐng)域,具體而言，本發(fā)明涉及一種具備可視化引導(dǎo)功能的便攜式非接觸式超聲檢漏裝置。

背景技術(shù)：

近幾年，隨著聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，超聲檢漏在工業(yè)泄漏檢測(cè)領(lǐng)域的使用越來(lái)越廣泛。相比于其他檢漏方法，超聲檢漏具有快速、便捷的特點(diǎn)。而隨著人類航天器的大型化、長(zhǎng)期化，在軌檢漏成為航天器在軌運(yùn)行可靠性和安全性的保障，考慮到航天員在軌使用的方便性和時(shí)效性需求，在軌使用的檢漏儀需要有較好的人機(jī)界面和可操作性。

目前，國(guó)外已經(jīng)有廠商生產(chǎn)超聲檢漏儀，法國(guó)Synergys公司生產(chǎn)的LEAKSHOOTER系列超聲檢漏儀具備可視化功能，但該可視化功能僅進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝，無(wú)法引導(dǎo)指示漏孔的位置或方向，檢測(cè)人員依然是沿固定軌跡巡檢。而國(guó)內(nèi)近幾年也開(kāi)始了便攜式超聲檢漏儀的研制，但不具備可視化功能。因此，亟需研制新一代具備可視化引導(dǎo)功能的便攜式超聲檢漏儀，以滿足航天等領(lǐng)域的檢漏的需求，尤其在大型密封結(jié)構(gòu)的漏點(diǎn)定位方面，極具優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種具有高清攝像頭及彩色顯示屏的帶視覺(jué)引導(dǎo)功能的便攜式超聲檢漏儀，適用于航天器、真空環(huán)模設(shè)備或其他壓力容器設(shè)備等密封結(jié)構(gòu)的泄漏檢測(cè)。本發(fā)明以真空設(shè)備的上游檢測(cè)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，但在實(shí)際 使用過(guò)程中也同樣適用于壓力設(shè)備泄漏的下游檢測(cè)。

本發(fā)明的具備可視化引導(dǎo)功能的超聲檢漏儀，主要包括：帶高清攝像頭的超聲傳感器探頭陣列結(jié)構(gòu)、帶有充電電池組的電源模塊、放大濾波電路模塊、DSP處理模塊、ARM處理模塊、液晶觸摸顯示屏和機(jī)殼，電源模塊為各模塊提供電源，機(jī)殼為手持式槍形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)置電源模塊、放大濾波電路模塊、DSP處理模塊和ARM處理模塊，槍形結(jié)構(gòu)的檢測(cè)前端可拆卸地設(shè)置超聲傳感器探頭陣列結(jié)構(gòu)，槍形結(jié)構(gòu)的后端設(shè)置液晶觸摸顯示屏以便于檢漏人員進(jìn)行觀察，其中，超聲傳感器探頭陣列結(jié)構(gòu)為8路超聲傳感器和高清攝像頭單元共同組成3×3的陣列結(jié)構(gòu)，泄漏產(chǎn)生的超聲信號(hào)由8路超聲傳感器接收后經(jīng)過(guò)放大濾波電路模塊轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)DSP處理模塊進(jìn)行采樣計(jì)算處理和分析，之后的結(jié)果通過(guò)串口傳送到ARM處理模塊上，而高清攝像頭拍攝到的畫面則直接傳送到ARM處理模塊，實(shí)景和檢測(cè)結(jié)果均實(shí)時(shí)顯示在液晶觸摸顯示屏中，檢漏人員在液晶觸摸顯示屏的可視化引導(dǎo)進(jìn)行檢漏。

其中，液晶觸摸顯示屏為5.6寸彩色顯示屏。

其中，彩色顯示屏具有人機(jī)操作界面，界面具有拍攝、存儲(chǔ)、刪除功能。

其中，機(jī)殼外表面設(shè)置抗噪聚音罩。

其中，ARM處理模塊電連接設(shè)置儲(chǔ)存單元，存儲(chǔ)單位為SD存儲(chǔ)卡。

其中，傳感器信號(hào)通過(guò)切換開(kāi)關(guān)傳入信號(hào)處理電路，首先通過(guò)四級(jí)放大濾波電路使信號(hào)放大。

進(jìn)一步地，四級(jí)放大濾波電路均采用AD620,放大倍數(shù)達(dá)到6800倍以上，然后將放大之后的信號(hào)輸入到DSP數(shù)字處理電路中。

進(jìn)一步地，DSP芯片采用TMS320F28335，進(jìn)行切比雪夫數(shù)字濾波和快速傅里葉變化FFT，將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)化為頻域信號(hào)，然后將分析結(jié)果輸入到ARM顯示屏上，通過(guò)屏幕上的操作將信號(hào)顯示出來(lái)。

其中，顯示屏上將區(qū)域分為9個(gè)子區(qū)域，每個(gè)顯示區(qū)域與陣列超聲探頭的檢測(cè)區(qū)域一一對(duì)應(yīng)，實(shí)時(shí)顯示各區(qū)域的泄漏情況。

其中，彩色顯示屏具有可視化引導(dǎo)功能，當(dāng)檢測(cè)到的超聲波值達(dá)到泄漏閾值，顯示屏中間會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)箭頭，指示接收到最大超聲信號(hào)的傳感器方向，引導(dǎo)檢漏人員上述方向?qū)ふ衣c(diǎn)。

其中，8路超聲傳感器相互獨(dú)立，其結(jié)果經(jīng)對(duì)比通過(guò)串口將傳輸給ARM顯示模塊。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、本發(fā)明可對(duì)漏孔及附近區(qū)域進(jìn)行實(shí)景的實(shí)時(shí)顯示，且在顯示屏上將區(qū)域分為9個(gè)子區(qū)域，每個(gè)顯示區(qū)域與陣列超聲探頭的檢測(cè)區(qū)域一一對(duì)應(yīng)，實(shí)時(shí)顯示各區(qū)域的泄漏情況。

3、本發(fā)明具有可視化引導(dǎo)功能，當(dāng)檢測(cè)到的超聲波值達(dá)到泄漏閾值，顯示屏中間會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)箭頭，指示接收到最大超聲信號(hào)的傳感器方向，引導(dǎo)操作者向該沿該方向?qū)ふ衣c(diǎn)。

4、本發(fā)明的可視化模塊為可拆卸裝置，將可視化模塊拆卸后再更換不帶有攝像頭及切換開(kāi)關(guān)的普通探頭，超聲檢漏儀可以按照無(wú)可視化模塊進(jìn)行工作。

5、本發(fā)明可對(duì)傳感器探頭周圍R＝0.5m圓范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)泄漏檢測(cè)和定向，在正確的檢測(cè)步驟和方法指導(dǎo)下，能對(duì)航天器艙內(nèi)進(jìn)行全方位掃描和檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)直徑0.5mm以上漏孔的準(zhǔn)確判斷。

6、本發(fā)明可視化模塊使用觸屏顯示和操作，可在屏幕直接進(jìn)行拍照、儲(chǔ)存、查看、刪除、參數(shù)編輯等操作。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的具有可視化引導(dǎo)功能的超聲檢漏儀的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本發(fā)明的具有可視化引導(dǎo)功能的超聲檢漏儀信號(hào)流框圖。

圖3為本發(fā)明的具有可視化引導(dǎo)功能的超聲檢漏儀的超聲傳感器探頭陣列結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本發(fā)明的具有可視化引導(dǎo)功能的超聲檢漏儀中觸摸顯示屏的人機(jī)交互界面的按鍵示意圖。

圖5為本發(fā)明的具有可視化引導(dǎo)功能的超聲檢漏儀的觸摸顯示屏拍攝界面泄漏信號(hào)指示圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具有可視化引導(dǎo)功能的超聲檢漏儀進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，該說(shuō)明僅僅是示例性的，并不旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明的具有可視化引導(dǎo)功能的超聲檢漏儀的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，其主要包括陣列式切換探頭模塊、放大電路模塊、電源模塊、DSP模塊和ARM顯示模塊，電源模塊負(fù)責(zé)對(duì)傳感器、DSP以及嵌入式模塊供電。其中傳感器和DSP的供電只能有電源模塊提供，可替換地，ARM的供電則也可由外部5V直流電源供電。8路傳感器和高清攝像頭共同組成3×3的陣列式切換超聲探頭，實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波的檢測(cè)以及對(duì)檢測(cè)實(shí)景實(shí)時(shí)攝像和引導(dǎo)結(jié)果的顯示。本發(fā)明的具有可視化引導(dǎo)功能的超聲檢漏儀主要處理的是超聲信號(hào)，其信號(hào)流如圖2所示，泄漏產(chǎn)生的超聲信號(hào)被陣列式超聲傳感器的8路探頭接收之后經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)DSP的采樣計(jì)算處理和分析之后的結(jié)果通過(guò)串口傳送到ARM上，而高清攝像頭拍攝到的畫面則直接傳送到ARM上，實(shí)景和檢測(cè)結(jié)果均實(shí)時(shí)顯示在顯示屏中，人機(jī)操作界面為ARM顯示屏，可在界面上進(jìn)行拍攝、存儲(chǔ)、刪除等功能。

在一具體的實(shí)施方式中，本發(fā)明的具有可視化引導(dǎo)功能的超聲檢漏儀的陣列超聲傳感器探頭的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，具有8個(gè)壓電式超聲傳感器，攝像頭安放在8個(gè)傳感器中間，攝像頭的線路與傳感器線路相互獨(dú)立。8個(gè)超聲傳感器通過(guò)8路切換開(kāi)關(guān)，由DSP定時(shí)觸發(fā)，切換速度優(yōu)于200ms，實(shí)現(xiàn)傳感器信號(hào)經(jīng)開(kāi)關(guān)控制后單路分時(shí)傳入高精度AD進(jìn)而由DSP進(jìn)行后續(xù)處理，實(shí)現(xiàn)8路相互獨(dú)立，其結(jié)果經(jīng)對(duì)比通過(guò)串口將傳輸給ARM顯示模塊，每一路 結(jié)果對(duì)應(yīng)屏幕上的一個(gè)區(qū)域而攝像頭接收到的視頻信號(hào)傳輸給ARM顯示模塊。

在另一具體的實(shí)施方式中，傳感器信號(hào)通過(guò)切換開(kāi)關(guān)傳入信號(hào)處理電路，首先通過(guò)四級(jí)放大濾波電路使信號(hào)放大，四級(jí)放大芯片均采用AD620,放大倍數(shù)達(dá)到6800倍以上，然后將放大之后的信號(hào)輸入到DSP數(shù)字處理電路中，DSP芯片采用TMS320F28335，進(jìn)行切比雪夫數(shù)字濾波和快速傅里葉變化FFT，將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)化為頻域信號(hào)，然后將分析結(jié)果輸入到ARM顯示屏上，通過(guò)屏幕上的操作將信號(hào)顯示出來(lái)。

高清攝像頭通過(guò)信號(hào)線連接ARM嵌入式處理器，在5.6寸顯示屏上顯示攝像頭拍攝畫面。拍攝顯示畫面如圖4所示，顯示屏為觸屏控制。啟動(dòng)畫面為首頁(yè)，首頁(yè)顯示“神舟”字樣，下方設(shè)置拍攝、圖片、設(shè)置三個(gè)觸屏按鍵，分別指向攝像頭拍攝畫面，拍攝圖像，以及相關(guān)參數(shù)設(shè)置三個(gè)界面。觸摸“拍攝”按鍵之后進(jìn)入攝像頭拍攝畫面，拍攝畫面幀數(shù)為24幀/s，在拍攝界面也有三個(gè)觸摸按鈕，分別是返回，拍攝，以及查看圖片，返回按鍵指向首頁(yè)，拍攝是將攝像頭正在拍攝的畫面截屏并儲(chǔ)存，而點(diǎn)擊查看圖片則進(jìn)入圖片界面，將已拍攝圖像按照3*4的矩陣排列，可選擇查看相應(yīng)圖片并進(jìn)行刪除操作。在點(diǎn)擊刪除按鍵之后，界面彈出是否確認(rèn)刪除對(duì)話框，在確認(rèn)之后才能執(zhí)行刪除操作。

在拍攝模式下，如圖5所示，屏幕會(huì)隨著DSP接收到的超聲探頭的信號(hào)進(jìn)行改變。將屏幕等分為3×3的9個(gè)區(qū)域，除中心區(qū)域外，其他區(qū)域與圖3所示的8個(gè)傳感器相對(duì)應(yīng)。八個(gè)傳感器編號(hào)分別0-7，其接收到的數(shù)值分別為S0到S7，通過(guò)切換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)單通道分時(shí)檢測(cè)，每次接收到的信號(hào)與傳感器編號(hào)和相對(duì)應(yīng)的顯示屏幕區(qū)域一一對(duì)應(yīng)，經(jīng)AD采集后經(jīng)DSP數(shù)據(jù)處理模中進(jìn)行處理，得到相應(yīng)報(bào)警燈綠燈、黃燈和紅燈閃爍或常亮的結(jié)果傳遞到ARM上，ARM在屏幕中央顯示相應(yīng)顏色的箭頭，如圖4所示，箭頭的顏色和閃爍方式與DSP處理結(jié)果相同，將信號(hào)等級(jí)分為：黃燈閃爍、黃燈常亮、紅 燈閃爍、紅燈常亮四個(gè)等級(jí)。在屏幕刷屏的同時(shí)進(jìn)行S0到S7八個(gè)數(shù)值比較操作，箭頭的方向指向傳感器接收的最大值方向，且對(duì)應(yīng)的方塊標(biāo)以相應(yīng)顏色。當(dāng)信號(hào)等級(jí)為普通時(shí)，最大值方向顯示為綠，當(dāng)信號(hào)等級(jí)為黃燈閃爍或黃燈常亮?xí)r，對(duì)應(yīng)的框?yàn)辄S色，若信號(hào)等級(jí)為紅燈閃爍或紅燈常亮?xí)r，對(duì)應(yīng)的框?yàn)榧t色，箭頭也對(duì)應(yīng)相應(yīng)的顏色及閃爍頻率。

盡管上文對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式給予了詳細(xì)描述和說(shuō)明，但是應(yīng)該指明的是，我們可以依據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行各種等效改變和修改，其所產(chǎn)生的功能作用仍未超出說(shuō)明書及附圖所涵蓋的精神時(shí)，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。