本实用新型专利技术公开了一种监测天然气泄漏的超声多阵元报警定位仪，包括：探测单元、运算处理单元以及三维泄漏报警单元；探测单元中超声拾音器与音频拾音器的探测端布置在第一壳体的底面；每个相对应的超声拾音器与音频拾音器组成一个拾音器组；运算处理单元包括：安装于第二壳体内的多频点滤波放大器、间歇同步式高速A/D转换采集器、阵元相差定位单元、微处理器；每个拾音器组与一个多频点滤波放大器建立电连接；间歇同步式高速A/D转换采集器与每个多频点滤波放大器建立电连接；微处理器与间歇同步式高速A/D转换采集器、阵元相差定位单元建立电连接；三维泄漏报警单元与微处理器建立电连接。本实用新型专利技术能够全天候实时监测泄漏、报警并对泄漏点定向定位。报警并对泄漏点定向定位。报警并对泄漏点定向定位。
【技术实现步骤摘要】
一种监测天然气泄漏的超声多阵元报警定位仪
[0001]本技术属于天然气泄漏监测
，特别涉及一种小型化的天然气泄漏报警定位装置。
技术介绍
[0002]由于天然气管道输送的是易燃易爆气体，具有非常大的安全隐患；又因为天然气站场/阀室及类似场所内的天然气工艺管道多、集中且复杂，已发生较多起重大爆燃事故，因此天然气场站/阀室以及天然气工艺管道场所的泄漏监测尤为重要。
[0003]申请号为201810150996.2的中国专利公开了一种用于油库的可燃气体监测系统，该系统通过在现场的可燃气体检测装置中设置红外线可燃气体检测器和催化燃烧式气体检测器，利用两个检测器获取可燃气体的浓度信号，检测误差小、灵敏度高。
[0004]申请号为202020722838.2的中国专利公开了一种天然气泄漏检测的可视化预报警系统，该系统一方面利用激光检测模块对预设的定位点进行周期检测，另一方面利用视频监控模块实时发送视频数据，采用激光检测仪检测天然气泄漏情况，检测对象单一，检测结果稳定。
[0005]传统的可燃气体监测、红外监测及激光监测等各有优点但检测效果都受泄漏气体浓度、风和差天气影响较大，而且不具有泄漏点定向定位功能。
技术实现思路
[0006]本技术的目的是：针对现有技术的不足，提供一种具有定点定向监测功能的天然气泄漏报警定位装置。
[0007]本技术的技术方案是：一种监测天然气泄漏的超声多阵元报警定位仪，包括：探测单元、运算处理单元以及三维泄漏报警单元。
[0008]探测单元包括：安装于第一壳体内的超声拾音器以及音频拾音器；超声拾音器的数量为多个，超声拾音器的探测端呈环状等间距的布置在第一壳体的底面；音频拾音器的数量与超声拾音器的数量相等，音频拾音器的探测端同样呈环状等间距的一一布置在相对应的超声拾音器的内侧/外侧；每个相对应的超声拾音器与音频拾音器组成一个拾音器组；其中，超声拾音器用于采集特定频率范围内的超声波，音频拾音器用于采集特定频率范围内的声波。
[0009]运算处理单元包括：安装于第二壳体内的多频点滤波放大器、间歇同步式高速A/D转换采集器、阵元相差定位单元、微处理器；多频点滤波放大器的数量与拾音器组的数量相匹配，每个拾音器组与一个多频点滤波放大器建立电连接，多频点滤波放大器用于将超声拾音器与音频拾音器所采集的信号进行滤波放大，并将信号转变成离散谱，以减弱栅栏效应和谱间干扰对后续处理的影响；间歇同步式高速A/D转换采集器与每个多频点滤波放大器建立电连接，用于将多频点滤波放大器输出同步间歇式高速采样，并进行模数转换；微处理器与间歇同步式高速A/D转换采集器、阵元相差定位单元建立电连接；微处理器控制间歇
同步式高速A/D转换采集器的间歇快拍采样和高速数模转换，控制三维泄漏报警单元进行不间断地智能自学习获得正常工作环境下现场背景噪声能量值，同时对多通道数字信号进行频域、时域、空域三维融合分析，判断现场是否存在天然气泄漏、是否应该声光报警，控制阵元相差定位单元对多通道的n个快拍进行相位差谱测算和时差谱计算，对n个快拍方位角进行谱估计，计算出泄漏点的方位角。
[0010]在上述方案的基础上，考虑到微处理器的运算处理能力，较优的，超声拾音器以及音频拾音器的数量为3个；3个超声拾音器呈三角形排布，3个音频拾音器呈三角形布置在超声拾音器的内侧/外侧。在精确设计的空间阵列分布基础上，采用SPL声压级判别与时频分析的综合方法进行天然气工艺管道泄漏的报警，在超声时域频点统计及频域相位差统计基础上，采用波束形成方法进行工艺管道泄漏点定向和定位。
[0011]在上述方案的基础上，进一步的，探测单元还包括：超声波发生器；超声波发生器布置在第一壳体内，探测端位于第一壳体的底面，超声波发生器与微处理器建立电连接；所述超声波发生器通过设置在运算处理单元内的驱动电路与微处理器建立电连接；超声波发生器用于定时发出单频超声信号，对多阵元超声报警定位仪的工作状态进行自检，根据该信号，可以判断各部件是否工作正常。
[0012]上述方案中，具体的，第一壳体的顶部设有连接件，连接件与第二壳体螺纹连接。
[0013]在上述方案的基础上，进一步的，运算处理单元还包括：UI参数设置/显示单元，UI参数设置/显示单元置于第二壳体内，与微处理器建立电连接；UI参数设置/显示单元用于人机交互，进行多阵元超声报警定位仪的工作参数进行设置，工作参数包括多频点滤波放大器频带、三维泄漏报警单元的报警阈值、声压级别。
[0014]上述方案中，具体的，第二壳体分为通过螺纹连接的左、中、右三部分，其中，第二壳体的中部设有报警器安装接口，三维泄漏报警单元通过报警器安装接口安装于第二壳体；第二壳体的右侧部分的端面采用透明材料，用于显示UI参数设置/显示单元的内容。
[0015]在上述方案的基础上，进一步的，第二壳体的中部还设有输出接口，微处理器设有RS485接口以及4
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20mA模拟输出口，信号线通过输出接口向外引出。RS485接口执行Modbus通信协议，用于在多个报警定位仪模式下，天然气站场/阀室内现场监测的报警定位仪与远距离值班室内上位机的信号和数据传输。
[0016]上述方案中，具体的，第一壳体的为柱状结构，在第一壳体的上下端外侧设有环状的斜纹滚花。
[0017]上述方案中，具体的，超声拾音器用于采集频率范围在20kHz～100kHz之间的超声波。
[0018]上述方案中，具体的，音频拾音器用于采集频率范围在10kHz～20kHz的声波。
[0019]本装置的使用原理为：
[0020]A.由超声拾音器采集频率范围在20kHz～100kHz之间的超声波，同时利用音频拾音器采集频率范围在10kHz～20kHz的声波。
[0021]B.由多频点滤波放大器对所采集的超声波、声波信号进行频点放大，并变成离散谱，减少栅栏效应和谱间干扰的影响。
[0022]C.由微处理器执行声压级时域、频域、位置三维综合分析方法，判别是否发生泄漏；该方法基于气体泄漏产生的声信号源具有位置固定、持续不断、频率丰富和强度相对稳
定的特性，进行：
[0023]C1、为减轻数据处理负担，对声信号实行间歇采样，间隔时间根据报警时间反应需求而定。
[0024]C2、同时进行频域分析，即将每次采样的声信号转换到频域，并将所关注的频段划分为若干频带，计算声信号在各个频带内的能量值，生成能量频带谱；预先通过自学习功能，获得传感器在无气体泄漏环境下各频带的背景能量值，作为报警阈值的参考。
[0025]监测过程中，比较频带谱能量的增加量；发生气体泄漏后，每当判别出频带谱内有一定数量的相邻频带能量值超过报警阈值3dB——即半功率点时，即将该采样时刻作为一个疑似的发生气体泄漏时刻。
[0026]C3、为了区别环境下存在的非稳定强干扰噪声，在频域分析报警判别的基础上增加时域限制，将每次采样各频带超过报警阈值3dB的判别结果按时序排队放本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种监测天然气泄漏的超声多阵元报警定位仪，包括：探测单元(1)、运算处理单元(2)以及三维泄漏报警单元(3)，其特征在于：所述探测单元(1)包括：安装于第一壳体(13)内的超声拾音器(11)以及音频拾音器(12)；所述超声拾音器(11)的数量为多个，所述超声拾音器(11)的探测端呈环状等间距的布置在所述第一壳体(13)的底面；所述音频拾音器(12)的数量与所述超声拾音器(11)的数量相等，所述音频拾音器(12)的探测端同样呈环状等间距的一一布置在相对应的所述超声拾音器(11)的内侧/外侧；每个相对应的所述超声拾音器(11)与所述音频拾音器(12)组成一个拾音器组；所述运算处理单元(2)包括：安装于第二壳体(21)内的多频点滤波放大器(22)、间歇同步式高速A/D转换采集器(23)、阵元相差定位单元(24)、微处理器(25)；所述多频点滤波放大器(22)的数量与所述拾音器组的数量相匹配，每个所述拾音器组与一个所述多频点滤波放大器(22)建立电连接；所述间歇同步式高速A/D转换采集器(23)与每个所述多频点滤波放大器(22)建立电连接；所述微处理器(25)与所述间歇同步式高速A/D转换采集器(23)、所述阵元相差定位单元(24)建立电连接；所述三维泄漏报警单元(3)与所述微处理器(25)建立电连接。2.如权利要求1所述的一种监测天然气泄漏的超声多阵元报警定位仪，其特征在于：所述超声拾音器(11)以及所述音频拾音器(12)的数量均为3个；3个所述超声拾音器(11)呈三角形排布，3个所述音频拾音器(12)呈三角形布置在所述超声拾音器(11)的内侧/外侧。3.如权利要求1所述的一种监测天然气泄漏的超声多阵元报警定位仪，其特征在于：所述探测单元(1)还包括：超声波发生器(14)；所述超声波发生器(14)布置在所述第一壳体(13)内，探测端位于所述第一壳体(13)的底面，所述超声波发生器(14)通过设置在所...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵敏，田野，王晓航，保建勋，刘哲，王景斌，
申请(专利权)人：北京声创新技术发展有限责任公司，
类型：新型
国别省市：
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