专利名称：无线超声泄漏检测变送器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种检测变送器，特 别涉及一种基于IEEE 802. 15. 4的无线超声 泄漏检测变送器。
背景技术：
目前，工业应用中均大量采用储存和输送压缩气体的压力容器，例如气罐、气缸、 煤气管道等。由于材料老化、防腐层被破坏、操作不当等各种原因，容器和阀门会产生漏孔 从而引发泄漏。据相关估计，工业上由于泄漏而损失掉的压缩气体平均占到40%左右。泄 漏影响着工业生产过程的质量和安全性，不但会造成不必要的能源浪费，而且如果泄漏的 气体是有害气体的话，还会对空气造成污染，或对对人体造成一定伤害。因此，准确地判断 和定位产生泄漏的位置，对于提高企业的生产效率和节约能源具有重大的意义。传统的泄漏检测方法有绝对压力法、压差法、气泡法等，操作复杂并且对技术人员 要求较高，而且不具有实时性。目前，工业上广泛利用泄漏产生超声波的原理来进行泄漏检 测。即出现漏点时，气体就会从漏孔冲出。当漏孔尺寸较小且雷诺数较高时，冲出的气体就 会形成湍流。湍流在漏孔附近会产生一定频率的声波，声波振动的频率与漏孔的大小有关。 漏孔较大时，人耳可听到漏气声；漏孔很小且声波频率高于20kHz时，人耳就听不到了。但 它们能在空气中传播，这种传播被称作空载超声波。通过泄漏超声频谱分析，检测超声信号 的强度，确定阀门是否存在漏点。发明内容本实用新型是针对现在传统的阀门、管道泄漏检测方法上存在操作复杂性、准确 性和不实时的问题，提出了一种无线超声泄漏检测变送器，使用简单，而且准确可靠。本实用新型的技术方案为一种无线超声泄漏检测变送器，包括信号采集板、数字 信号处理模块、无线射频通讯模块，泄漏信号由超声波传感器传入信号采集板，经信号采集 板输出到数字信号处理模块进行处理，将数据输出到无线射频通讯模块，由无线射频通讯 模块发送输出。所述数字信号处理模块包括数字处理器芯片与外围电路，外围电路由JTAG编程 口、时钟电路、存储芯片组成，信号采集板经SPI总线连接数字信号处理模块的输入，无线 射频通讯模块通过SPI总线方式连接数字信号处理模块输出。所述信号采集板包括电源芯片、信号放大芯片、基准芯片、和模数转换芯片，电源 芯片给各个芯片提供固定电压，基准芯片产生的电压提供给信号放大芯片，泄漏信号经超 声波传感器采集，由输入端经过信号放大芯片放大、滤波后，再由模数转换芯片进行转换， 模数转换芯片其输出端链接SPI总线送至数字信号处理模块。本实用新型的有益效果在于本实用新型无线超声波泄漏检测变送器，可以准确 判断气体泄漏，实现实时监督阀门和管道并反映泄漏量情况，射频模块化设计可以保证射 频通讯的性能，保证通讯的距离和通讯质量。
图1为本实用新型信号采集板的原理 框图；[0013]图2为本实用新型数字信号处理模块的原理框图；图3为本实用新型数字信号处理模块的程序框图；图4为本实用新型中基于IEEE 802. 15. 4的射频模块原理图；图5为本实用新型无线超声波泄漏检测变送器的总体结构框图。
具体实施方式
如图1所示信号采集板的框图，信号采集板，由电源芯片1、信号放大芯片3、基 准芯片2、和模数转换芯片4组成，其中电源芯片产生固定电压提供给各个芯片，基准芯 片产生的电压提供给放大芯片。泄漏信号经超声波传感器采集，由输入端经过信号放大 芯片放大、滤波后，再由模数转换芯片进行转换，模数转换芯片其输出端链接SPI(Setial Peripheral Interface串行外围设备接口)总线送至数字信号处理模块。如图2所示为数字信号处理模块。数字处理模块，包括数字处理器芯片 8 (TMS320VC5409)与外围电路，外围电路由JTAG编程口 6、时钟电路7、存储芯片5组成。时 钟电路提供DSP芯片时钟信号，JTAG接口提供调试的需要，存储芯片提供程序和数据存储。 信号采集板经SPI总线连接数字信号处理模块的输入，无线射频通讯模块通过SPI总线方 式连接数字信号处理模块输出。所述DSP芯片通过SPI总线读取信号后，经过对数字滤波 后对数字信号进行处理再进行泄漏量估算，衡量泄漏的级别，并将数值输出到无线射频通 讯模块。数字信号处理模块程序框图如图3所示，DSP芯片上电后完成硬件端口初始化和 软件的初始化后，进入等待状态。假设有信号传输进来，则接收传输过来的数据，并对其进 行数字滤波和信号处理后确定是否存在泄漏。若属于泄漏信号，则对其进行进一步的数字 信号处理后，估算泄漏量并衡量泄漏量的级别。最后用SPI总线方式将数据输出到无线射 频通讯模块。如图4所示为无线射频通讯模块中基于IEEE 802. 15. 4的射频模块原理图。其 射频输出由CC2430引脚32，33，34配合匹配调理电路通过外置天线输出。JTAG编程口使 用2. 54mm2 X 5标准插针，与芯片引脚45 (P2. 2/DC)，46 (P2. 1/DD)，10 (RESET)、以及电源线 和地线相连接，其中45脚为编程调试时钟线，46脚为编程调试数据通讯线。时钟电路为 CC2430引脚19和22连接至Ij 32. 768KHZ晶振，引脚42和43连接至Ij 32MHZ晶振。其中模块输出接口 Jl为GND(电源地)、2位？1.4、J3为Pl. 3、J4为Pl. 2、J5 为 Pl. 1、J6 为 Pl. 0、J8 为 P0. 0、J9 为 P0. 1、JlO 为 VDD, Jll 为 P0. 2、J12 为 P0. 3、J13 为 P0. 4、J14 为 P0. 5、J15 为 P0. 6、J16 为 P0. 7、J17 为 P2. 2、J18 为 P2. 1、J19 为 P2. 0、J20 为 Pl. 7、J21 为 Pl. 6、J22 为 Pl. 5 ；如图5所示为无线超声波泄漏检测变送器的总体结构框图。信号采集板、数字信 号处理模块、无线射频通讯模块三大部分组成该系统。当有气体泄漏时，泄漏信号由传感器 传入信号采集板，经信号采集板输出到数字信号处理模块，由该模块对其信号进行处理后， 由无线射频通讯模块发送输出。
权利要求一种无线超声泄漏检测变送器，其特征在于，包括信号采集板、数字信号处理模块、无线射频通讯模块，气体泄漏信号由传感器传入信号采集板，经信号采集板输出到数字信号处理模块进行处理，将数据输出到无线射频通讯模块，由无线射频通讯模块发送输出。
2.根据权利要求1所述无线超声泄漏检测变送器，其特征在于，所述数字信号处理模 块包括数字处理器芯片与外围电路，外围电路由JTAG编程口、时钟电路、存储芯片组成，信 号采集板经SPI总线连接数字信号处理模块的输入，无线射频通讯模块通过SPI总线方式 连接数字信号处理模块输出。
3.根据权利要求1所述无线超声泄漏检测变送器，其特征在于，所述信号采集板包括 电源芯片、信号放大芯片、基准芯片、和模数转换芯片，电源芯片给各个芯片提供固定电压， 基准芯片产生的电压提供给信号放大芯片，气体泄漏信号经超声波传感器采集，由输入端 经过信号放大芯片放大、滤波后，再由模数转换芯片进行转换，模数转换芯片其输出端链接 SPI总线送至数字信号处理模块。
专利摘要本实用新型涉及一种无线超声泄漏检测变送器，气体泄漏信号由传感器传入信号采集板，经信号采集板输出到数字信号处理模块进行处理，将数据输出到无线射频通讯模块，由无线射频通讯模块发送输出。可以准确判断气体泄漏，实现实时监督阀门和管道并反映泄漏量情况，射频模块化设计可以保证射频通讯的性能，保证通讯的距离和通讯质量。
文档编号G01M3/24GK201569549SQ20092028658
公开日2010年9月1日 申请日期2009年12月29日 优先权日2009年12月29日
发明者何杏宇, 林琦彬, 王超, 郑丽国, 黄冠宇 申请人:上海工业自动化仪表研究院