基于时延的高精度泄漏点超声定向检测方法

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1、2013年3月北京航空航天大学学报March2013第39卷第3期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．39No-3基于时延的高精度泄漏点超声定向检测方法廖平平蔡茂林(北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京100191)摘要：针对当前气体泄漏点检测定向精度低的情况，提出一种基于时延的高精度超声检测方法．该方法利用3个呈等边三角形分布的超声传感器接收由泄漏点产生的超声波，根据3路信号的相对时延值确定泄漏点的方向．为克服采样间隔对时

2、延估计精度的限制，采用基于三次样条插值的时延估计算法估计信号时延值，并对不同核窗长度下的各100组实验数据的时延值进行误差统计，得到其均方差并与其Cram&一Rao下界比较，发现二者的变化趋势具有良好的一致性．在此基础上研究了时延值均方差，超声传感器间距和泄漏点距离对定向精度的影响．结果表明：定向误差随时延值均方差增大而增大，随超声传感器间距增大而减小，随泄漏点距离增大而增大；定向精度比单超声传感器检测方法提高7～10倍．关键词：泄漏检测；超声；时延；三次样条插值；定向精度中图分类号：TH412；TH865文献标

3、识码：A文章编号：100l-5965(2013)03-0391-05HighaccuracymethodofultrasonicgasleakdirectiondetectionbasedontimedelayestimationLiaoPingpingCaiMaolin(SchoolofAutomationScienceandElectricalEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstra

4、ct：Inordertosolvethelowaccuracyproblemincurrentgasleakdetection，anewultrasonicleakdetectionmethodbasedontimedelayestimation(TDE)wasproposed．Threeultrasonicsensorsarrangedinanequilateraltriangleandreceivedtheultrasoundgeneratedbyagasleakandtheleakdirectioncanb

5、edeter‘minedaccordingtotimedelaysbetweentheoutputsofeverytwosensors．ATDEalgorithmbasedoncubicsplineinterpolationwasadoptedtoovercometheaccuracylimitcausedbysamplinginterval．Foreachkernelwindowlength，delayestimatesof100setsofexperimentaldatawereobtainedandthei

6、rmeansquarederrors(MSE)werecalculated．ComparisonbetweenMSEofexperimentaldataandCram6r—Raolowerboundshowedthattheirchangingtendencywasaccordant．InfluencesofMSE，thespacebetweensensorsandthedistancebe—tweenleakandsensorondirectionaccuracywereanalyzed．Resultsshow

7、thatthedirectionerrorincreaseswithMSE．decreaseswiththespacebetweensensors，andincreaseswithdistancebetweenleakandsensor．Thedi—rectiondetectionaccuracyisimprovedby7～10timescomparedwithdetectionmethodwithsingleultrasonicsensor．Keywords：leakdetection；ultrasonic；t

8、imedelay；cubicsplineinterpolation；directiondetectionaccu‘racy气动系统在运行过程中普遍存在严重的泄漏问题，泄漏量通常占总耗气量的10％～40％11，以我国每年气动系统耗电量3200亿度计算，泄漏导致的电能损失高达320～1280亿度．泄漏是收稿日期：2012-02．10；网络出版时间：2012434—2016：2