阅读说明：本技术 一种增强式低压检测系统及其检测方法 (Enhanced low-voltage detection system and detection method thereof ) 是由 乔新勇 刘艳斌 靳莹 张小明 杨浩 于 2020-06-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种增强式低压检测系统,包括：基座,其为U形结构,并包括依次连续设置的：第一部、第二部和第三部；两个固定机构,其分别对称设置在所述第一部和所述第三部的外表面上；两个测量机构,其分别对称匹配设置在所述固定机构上。通过两个对称设置的压力测试单元对管道不同位置进行压力测试,测试方便,成功率高。本发明还提供一种增强式低压检测系统的检测方法。(The invention discloses an enhanced low-voltage detection system, which comprises: the base, it is the U-shaped structure to including setting up in proper order in succession: a first portion, a second portion and a third portion; two fixing mechanisms symmetrically arranged on the outer surfaces of the first portion and the third portion respectively; and the two measuring mechanisms are respectively symmetrically arranged on the fixing mechanism in a matching manner. The pressure testing units which are symmetrically arranged are used for testing the pressure of different positions of the pipeline, so that the testing is convenient, and the success rate is high. The invention also provides a detection method of the enhanced low-voltage detection system.)

一种增强式低压检测系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种增强式低压检测系统及其检测方法，属于管道故障检测领域。

背景技术

以液体为工作介质的作动系统广泛应用于各种工程机械、车辆、船舶、航空器。在这些设备中，液压子系统往往执行作功和控制功能，液压子系统出现故障，将严重影响这些设备的功能发挥；而以液体为工作对象的石油化工系统，布满了各种管道、泵和阀，这些系统出现故障，不但影响正常生产，造成巨大的经济损失，而且经常导致重大事故的发生。对这些系统的状态监测和故障诊断是工程技术人员的重要职责，也是科技工作者的研究课题。方便、快速、准确的对这些系统及其组成元件进行巡检或在线测试是工程界梦寐以求的目标。

对于高压系统的不解体检测，已有大量成功的范例，而低压系统的不解体检测则是困惑工程界多年的技术难题。其技术关键在于低压系统的各种元件对不同工作状态的响应参数值都很小，普通传感器系统灵敏度低，难于测得响应信号；即使获取一些微弱信号，也大都淹没在环境噪声干扰中。

众所周知，不解体测试就是对被测系统不作任何拆卸、破坏，并且不影响其正常工作而能检测其功能参数、结构参数或响应参数的技术。表征压力系统工作状态的参数是压力、流量和温度，而对压力管道、元件状态监测和故障诊断的测试参数最常用的是压力和流量的动态量值。相应的不解体测试技术有外卡压力测试和超声流量测试。对于液压系统来说，虽然压力和流量均是重要的参数，但由于大量的液压作动系统的工作都是以压力作为指标的，所以对液压系统的状态监测和故障诊断，以压力作为测试参数比流量更为直接和有效，而且超声测试系统也相对昂贵。但现有的外卡压力传感器系统存在检测灵敏度低和抗干扰能力弱的缺点，在低压和振动环境中，往往失效。

发明内容

本发明设计开发了一种增强式低压检测系统，通过两个对称设置的压力测试单元对管道不同位置进行压力测试，测试方便，成功率高。

本发明还设计开发了一种增强式低压检测系统的检测方法，能够对管道的动态压力进行实时监测，压力检测分辨率高，测试范围大，测试效果好。

本发明提供的技术方案为：

一种增强式低压检测系统，包括：

基座，其为U形结构，并包括依次连续设置的：第一部、第二部和第三部；

两个固定机构，其分别对称设置在所述第一部和所述第三部的外表面上；

两个测量机构，其分别对应

匹配设置在所述固定机构上。

优选的是，所述第一部和所述第三部结构相同，并相互平行设置。

优选的是，所述第二部与所述第一部和所述第三部垂直设置。

优选的是，所述第一部、所述第二部以及所述第三部均为长方体结构。

优选的是，所述测量机构为压力传感器。

优选的是，所述固定机构包括定位螺栓和与其匹配的定位螺母。

一种增强式低压检测系统的检测方法，使用所述的增强式低压检测系统，并包括：

在管道的入口和出口位置，安装两个增强式低压检测系统，获取管道不同位置的压力信号；

对获取的压力信号进行电荷放大、滤波、电压放大后，进行模数转换和处理，得到测量处压力值。

优选的是，其特征在于，所述压力信号依次经过电荷放大器、有源滤波器、电压放大器后被调理到模拟电压，并进行模数转换。

优选的是，其特征在于，所述模拟电压为0～5v。

优选的是，所述模数转换选用80C196KD单片机。

本发明所述的有益效果：本发明提供的增强式低压检测系统由两只压力传感器相对安装而组成。两只特性相同的传感器感受同一截面管道压力动态激励产生的径向变化；同时感受同一截面处相反的管壁振动。这种结构为振动干扰的消除和检测灵敏度的提高，奠定了理论和技术基础。

附图说明

图1为本发明所述的增强式低压检测系统的主视图。

图2为本发明所述的增强式低压检测系统的侧视图。

图3为压力调节模块的电路结构示意图。

图4为压力测量流程图。

图5为压力标定曲线。

图6为本发明所述的管外不解体升压实测灵敏度示意图。

图7为本发明所述的管外不解体降压实测灵敏度示意图。

图8为本发明所述的增强式低压信号处理系统的硬件连接图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1-8所示，本发明提供一种增强式低压检测系统，包括：管道100、基座210、固定机构220、压力测试机构230、引出线240。

基座210的一侧封闭一侧具有开口，整体呈U形结构，并包括依次连续设置的第一部210a、第二部210b和第三部210c，其中，第一部210a和第二部210b结构相同并相互平行设置，第三部210c设置在第一部210a和第二部210b之间，并同时与第一部210a和第二部210b垂直设置。

在本发明中，作为一种优选，第一部210a、第二部210b和第三部210c均为长方体结构。

两个固定机构220分别设置在第一部210a和第三部210c上，并相对设置，两个固定机构220的中心线位于同一直线上，固定机构220包括定位螺栓和与其匹配的定位螺母，定位螺栓的一端穿过并固定在第一部210a或第三部210c上，另一端匹配连接有定位螺母，两个压力测量机构230分别设置在相应的定位螺母上。

在本发明中，作为一种优选，两个测量机构230选用压力传感器。

在本发明中，两支压力传感器相对安装，两只特性相同的传感器感受同一截面管道压力动态激励产生的径向变化；同时感受同一截面处相反的管壁振动。这种结构为振动干扰的消除和检测灵敏度的提高，奠定了基础。

由于所有的压力管道在设计时均考虑了安全系数，金属管道压力变化引起的管壁变化是很微弱的。而该传感器系统的灵敏度却可以提高一倍。至于应用何种原理的压力敏感元件，应根据检测目的而定。一般说来，压电式敏感元件，灵敏度高，动态特性好，只是由于常用的配套仪器为电荷放大器，静态特性差，不能测试静态压力；而半导体压阻式压力传感器，灵敏度高，可测试静态压力，但温度特性不好，温飘大，而且体积难于制作的小巧，限制了它在小管道不解体压力测试中的应用；金属应变计式的压力传感器，虽然温度特性好，但灵敏度低，体积大，同样限制了它在小管道不解体压力测试中的应用。本文应用了压电式压力传感器系统，对动态压力的测试获得了良好的效果。

对于不解体低压检测系统的设计，基座或者夹具以及辅助装置的设计需要考虑如下：

(1)基座、夹具的设计要有足够的强度和刚度，在测试过程中不能产生位置移动和非线性变形；

(2)基座、夹具的设计要有良好的对中技术，以保证压力传感器不但对称，而且对中性也好，必须使其中心线与管道的直径重合；

(3)基座、夹具的设计要有一定的径向调节范围，已适应不同口径管道的测试要求。

本发明还提供一种增强式低压检测系统的检测方法，包括：

在管道的入口和出口位置，安装两个增强式低压检测系统，获取管道不同位置的压力信号；

对获取的压力信号进行电荷放大、滤波、电压放大后，进行模数转换和处理，得到测量处压力值。

其中，压力信号依次经过电荷放大器、有源滤波器、电压放大器后被调理到模拟电压，并进行模数转换；

在本发明中，作为一种优选，模拟电压为0～+5v。

在本发明中，作为一种优选，数模转换器选用80C196KD单片机。

不解体压力测试系统的信号处理方案和技术可根据功能需求而设计。对于单一的压力测试，只需要设计放大、滤波、加法器、显示、电源五个功能模快。由传感器系统感受的两路信号，通过上述功能模快的处理，则可消除振动干扰，显示瞬态压力值。而要对系统和元件进行状态监测和故障诊断，则需要采集大量的数椐，对系统技术状态进行评估和诊断，并留存历史记录，因此信号处理技术要求高。除了硬件系统复杂外，还必须根据所要求的功能，设计相应的软件系统。

本系统以单片为核心，包括：

(1)设x₁(t)，x₂(t)分别为传感器对感受到的压力信号，y₁(t)，y₂(t)为传感器对感受到的振动信号，由于管道同一截面处的径向变化相同，振动量值相同，而传感器对的灵敏度相同且反向安装，故有：

x₁(t)＝x₂(t),y₁(t)＝-y₂(t)

两路信号相加有：

z(t)＝x₁(t)+x₂(t)+y₁(t)+y₂(t)＝2x₁(t)

这种信号处理方法显著提高了检测信号的信噪比，并为进一步的信号分析带来了极大的方便和益处。

(2)压力调理模块需要±12V电源供电，输出满量程为±10V的压力信号，每个模块集成四路电荷放大器，通频带为0.1Hz－23Hz，输出信号为1、2通道和信号与3、4通道和信号。压力调理模块的电路结构如图3所示。

(3)为了对液压系统的元件进行状态监测，需要同时测定所选元件在工作状态下的入口和出口压力，为此，需要两组四只压力传感器。压力信号经电荷放大器、有源滤波器、电压放大器后被调理到0-+5V模拟电压，送入80C196KD的A/D进行模数转换，压力测量流程如图4所示。

(4)电压放大器设置两档数控调节(以适应弹性管路与刚性管路所需的不同灵敏度)，放大倍数由数控模拟开关CD4066控制。

(5)有源滤波器使用MAX291(单通道低通滤波器，巴特沃司型，8阶，开关电容式，截止频率0.1Hz-25Hz，时钟比为100，时钟和电容控制截止频率)，各路有源滤波器截止频率需同步调节以保证各路信号相位同步。

(6)4路动态压力信号每两路为一组，经过和、差电路，最后产生A、B、C、D、A+B、A-B、C+D、C-D共8路信号。A-B、C-D信号各用于微调A、B及C、D的衰减，当稳态A-B、C-D输出为0时可以最大限度地保证A+B、C+D能抑制同相的振动信号。这个调节过程由系统自动完成。

(7)四路压电晶体力传感器产生的压力信号经信号调理电路产生的八路模拟信号直接联接到A/D变换器的模拟输入端，电气联接关系见表1。电压基准Vref由精密基准源LM336产生。

表1电气联接关系

实施例

采用增强式低压检测系统，在选用车辆的液压助力系统上进行了实际压力测试。该液压助力系统由齿轮泵、滤油器、溢流阀、先导阀、油箱和连接管道组成。检测点设置于元件进油口或出油口的钢管外壁处。钢管外径20mm，壁厚2mm，液压系统的额定工作压力为1.4Mpa。通过实车测试，压力检测分辨率可以达到0.15Mpa，检测量程可以达到0-8Mpa。完全满足工程界对低压系统不解体测试的要求。表1和图5描述压力测试系统的标定结果。图6和图7描述了压力升程和降程的管外不解体测试结果。

表1压力测试系统的标定结果

本发明提供的增强式低压检测系统由两只压力传感器相对安装而组成。两只特性相同的传感器感受同一截面管道压力动态激励产生的径向变化；同时感受同一截面处相反的管壁振动。这种结构为振动干扰的消除和检测灵敏度的提高，奠定了理论和技术基础。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。