探頭內置式氫氣檢漏儀的製作方法
2024-01-25 19:16:15 1
專利名稱：探頭內置式氫氣檢漏儀的製作方法
技術領域：
本發明屬於氣體洩漏檢測領域，具體涉及一種利用氫氣示蹤法檢測可充氣式電纜或管線洩漏的探頭內置式氫氣檢漏儀。
背景技術：
中國專利ZL01236193.3公開了一種「充氣式電纜氫氣探漏儀」，為一種使用氫氣示蹤法對充氣式電纜進行檢漏的裝置，採用外置式氫敏探頭，通過將檢測到的氫氣信號轉換為電信號後經信號傳輸線直接送到放大電路進行放大並由指示電路顯示監測到的氫氣濃度檢測結果，該裝置存在以下不足1、為了提高檢測的靈敏度和響應速度，外置式氫敏探頭內的氫敏半導體傳感器選用了氫敏鈀柵場效應管元件，該元件的使用要求場效應電晶體的晶片裸露在被檢測氣體中，以保證被檢測氣體與晶片的接觸，同時該氣敏探頭工作時處於通電狀態，晶片工作溫度較高，所以實際工作狀態中的晶片不能遇水。但是目前充氣式電纜多敷設於地下管道，管線洩漏需檢測的環境多有地下積水或含水量較高的汙泥，因此，該外置式氫敏探頭的應用範圍受到限制。
2、外置式氫敏探頭的形式主要有手持探頭、地面探頭、空中探頭、管道探頭等，在實際工作狀態時，由於空氣的自然流動，氫氣極易擴散，尤其在有風時，氫氣上升地面後很容易吹跑，不利於漏點的快速、準確定位，造成檢測的靈敏度的下降。
3、沒有連續數據儲存和任何數位化處理手段，僅僅利用信號幅值作為判據，通過報警提醒檢測人員不同濃度氫氣含量，使用中只是依靠報警音量變化難於分辨和確定應移動方向，必須不斷比較當前位置與剛才位置所接收到的信號強弱，對於不同靈敏度設定或不同位置信號強弱變化難於判斷，不能直觀的指示漏點位置方向並進行精確定位。
發明內容
本發明的目的是提供一種適用於測試氫氣的、防風、防水、靈敏度高、可對漏點進行精確定位和指示的探頭內置式氫氣檢漏儀。
本發明的技術方案是提供一種探頭內置式氫氣檢漏儀，包括外接吸氣管、微型吸氣泵、氫敏探頭、信號處理電路和指示電路，其特徵在於氫敏探頭和微型吸氣泵內置於氫氣檢漏儀中，所述微型吸氣泵的入口與外接吸氣管的末端封閉連接，氫敏探頭置於微型吸氣泵的出口管路中，所述氫敏探頭採用氫敏半導體傳感器，其信號輸出端與信號處理電路的輸入端連接，信號處理電路的輸出信號送至指示電路進行檢測結果和漏點定位指示。
所述的微型吸氣泵的排氣量優選為0.5-1.0L/min。
所述的外接吸氣管由可伸縮螺旋管和一直管組合而成。
所述的外接吸氣管由可伸縮螺旋管和一可盤繞的撓性管組合而成。
所述的外接吸氣管與微型吸氣泵的連接方式為密封插接式連接或配合螺紋式連接。
所述的外接吸氣管的吸入埠設置一防水過濾器。
所述的防水過濾器為一微孔陶瓷濾罩。
所述的氫敏半導體傳感器採用氫敏鈀柵場效應管；所述的信號處理電路由驅動放大電路和記憶分析電路組成。
所述的驅動放大電路由兩個恆流源、一個比例積分電路、一個調零電路和一個可調增益電路組成，所述的記憶分析單元由帶A/D轉換和存儲器的微處理器或單片機組成，所述的指示電路為LCD液晶顯示器、LED發光二極體、揚聲器或耳機。
與現有技術相比，本發明的優點是1、本發明採用內置式氫敏半導體傳感器做氫敏探頭，通過外接吸氣管和內置的微型吸氣泵將檢測目標空間內的空氣強行吸入，實現防止被測氣體逸散並對其中氫氣含量進行分析，具有防風功能，保證了檢測的靈敏度，具有檢測靈敏度高、選擇性好、響應速度快、洩漏部位定位精度高的優點，在有風及風向多變天氣效果更為明顯，可滿足全天候檢漏操作。
2、本發明通過外接吸氣管強行吸入檢測目標空間內的空氣利用內置式氫敏探頭進行檢測，外接吸氣管的吸入埠設置防水過濾器，具有防水功能，避免了氫敏鈀柵場效應管元件與水的接觸，解決了在有一定深度積水的情況下，對採用管道敷設的充氣式電纜進行檢漏的問題，提高了該裝置工作的可靠性和適應性。
3、利用數位訊號處理的優勢，通過對所檢測到的氫氣信號進行連續記憶、對比、判斷，可以直接地、實時地由指示器明確指示出氫敏探頭偏離還是接近洩漏點的趨勢和應移動方向，最終逼近併到達洩漏點中心(即最高濃度氫氣集中處)，提高了檢測結果指示的可靠性和直觀性，從而提高了檢漏效率，減小了檢漏工作強度，降低了對檢漏裝置使用者的經驗要求。
4、本發明內置氫敏探頭和微型吸氣泵，信號處理部分大量使用數字集成電路，整機體積小，指示直觀、移動檢測操作方便。
下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。
圖1是本發明的結構原理框圖。
圖2是本發明驅動放大電路的結構原理框圖。
圖3是本發明驅動放大電路實施例的線路圖。
圖4是本發明的工作原理示意圖。
圖中1為探頭內置式氫氣檢漏儀，2為外接吸氣管，3為微型吸氣泵，4為氫敏探頭，5為信號處理電路，6為指示電路，7為驅動放大電路、8為記憶分析電路，9為氫氣示蹤氣體注入設備，10為待測充氣式電纜或地下管線。
具體實施例方式
圖1中，本發明的探頭內置式氫氣檢漏儀1包括外接吸氣管2、微型吸氣泵3、氫敏探頭4、信號處理電路5和指示電路6，其中微型吸氣泵3和氫敏探頭4內置於氫氣檢漏儀中，微型吸氣泵3的入口與外接吸氣管2的末端封閉連接，氫氣檢測部分的氫敏探頭4置於微型吸氣泵3的出口管路中，吸入採樣氣體經過微型吸氣泵3和氫敏探頭4後以增壓的狀態沿氣流通路從氫氣檢漏儀本體排出，氫敏探頭4採用氫敏半導體傳感器，其信號輸出端與信號處理電路5的輸入端連接，信號處理電路5的輸出信號送至指示電路6進行檢測結果和漏點定位指示。
外接吸氣管2可採用在自然狀態時為螺旋環繞形態的可伸縮、彎曲的螺旋管或其它橡膠軟管與微型吸氣泵3連接，其連接方式為密封插接式連接或配合螺紋式連接，外接吸氣管2根據檢測工況需要在可伸縮螺旋管基礎上再組合連接一檢測直管，以適應多種情況下的如手持檢漏；對於無法開挖、有輕度彎曲的地埋式水平管道、小口徑溝渠內的長距離探測，則可再配合連接一可盤繞的撓性管，利用其具有一定硬度、縱向撓性而橫向剛性，耐磨、防水的特點，在無需外加支撐固定的條件下，延伸進入待測目的地，同時為解決在有一定積水深度的情況下，對採用管道敷設的充氣式電纜進行檢漏的問題，防止將水吸入外接吸氣管，在外接吸氣管2的吸入埠安裝一防水過濾器，防水過濾器採用現有技術如微孔陶瓷材料製成的濾罩等，由於微孔陶瓷材料本身的材質特性所致，決定了氣體對其有較好的穿透性，由於氫氣分子量小，穿透力強，對微孔陶瓷的穿透性更佳，而水的分子量較氫氣要大，相對而言較難穿過微孔陶瓷製成的濾罩，從而達到了既須防水又要通氣的目的，微孔陶瓷濾罩的外面還可安裝一金屬過濾罩，方便更換及耐水衝洗。
本發明的內置式微型吸氣泵3可選用市售氣體採樣泵或微型真空泵，考慮到外接吸氣管的長度造成的抽氣端阻力，微型吸氣泵3的排氣量可選擇0.2-3L/min，優選為0.5-1.0L/min。
本發明的信號處理電路5由驅動放大電路7和記憶分析電路8組成，記憶分析電路8採用常規的帶A/D轉換和存儲器的微處理器或單片機；指示電路6採用LCD液晶顯示器、LED發光二極體、揚聲器或耳機。
驅動放大電路7驅動氫敏探頭4工作並將所檢測到的漏點氫氣信號轉換為電信號，放大後送到記憶分析電路8，在微處理器或單片機內進行A/D轉換後變成數位訊號並被連續存儲記憶；當漏點氫氣信號隨著外接吸氣管吸氣埠的移動出現強弱變化，在微處理器或單片機內當前位置信號始終與此前採樣信號進行比較，如果信號逐漸增強，則由指示器8給出向前指示，當漏點氫氣信號達到最大值並開始逐漸減弱時，說明當前位置已越過漏點，指示器8給出向後指示，當再次退回到最大值處時，指示器8給出空心圓形顯示並記憶該信號強度；此後切換到沿該點左右移動，並以此點最大信號強度為基準，新的位置信號始終與之相比較，根據漏點信號逐漸增強還是減弱指示器8分別給出向左/向右信號，比如先向右移動，如果信號繼續增強，則給出繼續向前即向右指示，反之則給出相反方向即向左指示，如此繼續直到確認所記憶信號中的最大值，則確認該最大值點即最高濃度氫氣集中處，滿足判斷條件由指示器8給出洩漏中心定點實心圓形指示，顯示氫氣濃度最大值並發出漏點定位聲音報警。
記憶分析電路8所用單片機的型號可以選用C8051F020或與之功能相同或相近的微處理器，微處理器或單片機的輸入信號接線參照所述型號元件管腳使用說明即可；在微處理器內只需設定邏輯判斷條件即當開始採到漏點氫氣信號且當前值大於上一採樣信號值，且選擇沿管線方向，則輸出正向箭頭信號，反之輸出反向箭頭信號，並對於該方向上的最大值進行記憶；然後選擇垂直管線方向，從沿管線方向上的最大點處開始左右移動，設定邏輯判斷條件同前，分別輸出左/右箭頭信號，當再次回到最大點處，且該點信號強度與所記憶信號最大值比較一致，則判斷該點洩漏氫氣濃度最大，根據氫氣在逸出地面過程中橫向擴散很小，基本在地表面分布範圍成圓形，中心濃度最大的特點，很容易判斷該濃度最大點(須與管線走向定位一致)為精確洩漏點，從而發出指令信號驅動指示器顯示洩漏中心實心圓形指示，顯示氫氣濃度最大值或給出漏點中心聲音報警，由工作人員進行定位標記後繼續檢測或再次重複驗證。
裝置電源可採用大容量可充電電池並保留外供電源接口。
圖2中，氫敏探頭4採用氫敏鈀柵場效應管Pd-MOSFET，其驅動放大電路7由兩個恆流源、一個比例積分電路、一個放大電路和電源組成，連接方式為氫敏鈀柵場效應管的埠1與一個恆流源及放大電路的一個輸入端連接，埠4與另一個恆流源及比例積分電路的一個輸入端連接，比例積分電路的輸出與氫敏鈀柵場效應管的埠2連接，氫敏鈀柵場效應管的埠3直接與電源連接。電源為電路供電，放大電路的輸出端輸出漏點氫氣模擬信號到記憶分析電路8。
設置恆流源的目的是為氫敏鈀柵場效應管提供一個穩定的工作電流，提高其工作穩定性；比例積分電路可以調整並使得氫敏鈀柵場效應管工作在一個適當、穩定的工作溫度範圍內。
圖3中，恆流源電路由穩壓二極體Z1、Z2、電阻R1-R6及三極體BG1和BG2構成；電阻R7、可調電阻W1和穩壓二極體Z3構成調零電路；放大器IC1、電阻R8、R9、可調電阻W2構成可調增益電路；可調電阻W3構成給定電路；放大器IC2，電阻R10，R11，R12和C1構成比例積分電路。其中+5V電源端分別經穩壓二極體Z1、Z2負極和電阻R2、R5與三極體BG1、BG2的b極和e極連接，-5V電源端分別經電阻R1、R4與三極體BG1、BG2的b極連接，三極體BG1、BG2的c極分別經電阻R3、R6與氫敏鈀柵場效應管的1、4端連接，氫敏鈀柵場效應管的3端與-5V電源端連接；+5V電源端經電阻R7與可調電阻W1的1端及穩壓二極體Z3的負極連接，可調電阻W1的2端及穩壓二極體Z3的正極與-5V電源端連接，其3端經電阻R8與放大器IC1的一個輸入正端連接，放大器IC1的另一個輸入端與可調電阻W2的1端、可調端3端相接並經電阻R9與氫敏鈀柵場效應管的1端連接，可調電阻W2的2端與放大器IC1的輸出端連接，+5V電源端與可調電阻W3的1端連接，-5V電源端與可調電阻W3的2端連接；放大器IC2的一個輸入負端經電阻R11與可調電阻W3的3端相接，並經電阻R12與氫敏鈀柵場效應管的4端連接，同時還經電容C1負端、電阻R10與放大器IC2的輸出端連接；放大器IC2的另一個輸入正端接電源地；放大器IC2的輸出端還與氫敏鈀柵場效應管的2端連接。
運算放大器IC1、IC2可以選用LM324、LM741或與之功能相同或相近的集成電路，電源可採用可快速充電大容量鋰電池。
設置調零電路和可調放大增益電路可以使本發明適應不同的氫敏探頭、線路阻抗以及電源電壓的波動等。
圖4中，對充氣式電纜或埋地管線10檢漏時，由氫氣示蹤氣體注入設備9向待測地下管線注入一定壓力的成分為5％氫氣和95％氮氣的示蹤氣體；當漏點氫氣信號逸出到地面時，攜帶氫氣檢漏儀8沿待測充氣式電纜或地下管線10上方地面移動搜索檢測，其內置微型吸氣泵通過外接吸氣管將漏點氫氣吸入後流經內置的氫敏探頭後排出，內置氫敏探頭將檢測到的氫氣信號轉換為電信號，經氫氣檢漏儀8內的信號處理電路進行放大、存儲和分析處理後，根據所測得氫氣信號的強弱變化，氫氣檢漏通過指示電路給出前、後、左、右指示；當到達信號最大值點時，顯示氫氣濃度檢測最大值並給出漏點定位聲音報警。
本發明大量使用數字集成電路，充分利用數位訊號處理的優勢，通過對所檢測到的漏點氫氣信號進行連續記憶、對比、判斷，可以直接地、實時地由指示電路明確指示出氫敏探頭偏離還是接近洩漏點的趨勢和應移動方向，最終逼近併到達洩漏點中心(即最高濃度氫氣集中處)，提高了檢測結果指示的可靠性和直觀性，從而提高了檢漏效率，減小了檢漏工作強度，降低了對檢漏裝置使用者的經驗要求。
本發明的探頭內置式氫氣檢漏儀可做成手推車式或可攜式。由於大量使用集成電路，工作穩定可靠，整機體積小，移動檢測操作方便，可廣泛用於充氣式電纜或埋地管線的氫氣示蹤法檢漏。
權利要求
1.探頭內置式氫氣檢漏儀，包括外接吸氣管、微型吸氣泵、氫敏探頭、信號處理電路和指示電路，其特徵在於氫敏探頭和微型吸氣泵內置於氫氣檢漏儀中，所述微型吸氣泵的入口與外接吸氣管的末端封閉連接，氫敏探頭置於微型吸氣泵的出口管路中，所述氫敏探頭採用氫敏半導體傳感器，其信號輸出端與信號處理電路的輸入端連接，信號處理電路的輸出信號送至指示電路進行檢測結果和漏點定位指示。
2.按照權利要求1所述的探頭內置式氫氣檢漏儀，其特徵是所述的微型吸氣泵的排氣量優選為0.5-1.0L/min。
3.按照權利要求1所述的探頭內置式氫氣檢漏儀，其特徵是所述的外接吸氣管由可伸縮螺旋管和一直管組合而成。
4.按照權利要求1所述的探頭內置式氫氣檢漏儀，其特徵是所述的外接吸氣管由可伸縮螺旋管和一可盤繞的撓性管組合而成。
5.按照權利要求1所述的探頭內置式氫氣檢漏儀，其特徵是所述的外接吸氣管與微型吸氣泵的連接方式為密封插接式連接或配合螺紋式連接。
6.按照權利要求1所述的探頭內置式氫氣檢漏儀，其特徵是所述的外接吸氣管的吸入埠設置一防水過濾器。
7.按照權利要求6所述的探頭內置式氫氣檢漏儀，其特徵是所述的防水過濾器為一微孔陶瓷濾罩。
8.按照權利要求1、2、3、4、5、6或7所述的探頭內置式氫氣檢漏儀，其特徵是所述的氫敏半導體傳感器採用氫敏鈀柵場效應管；所述的信號處理電路由驅動放大電路和記憶分析電路組成。
9.按照權利要求8所述的探頭內置式氫氣檢漏儀，其特徵是所述的驅動放大電路由兩個恆流源、一個比例積分電路、一個調零電路和一個可調增益電路組成，所述的記憶分析單元由帶A/D轉換和存儲器的微處理器或單片機組成，所述的指示電路為LCD液晶顯示器、LED發光二極體、揚聲器或耳機。
全文摘要
一種探頭內置式氫氣檢漏儀，包括外接吸氣管、微型吸氣泵、氫敏探頭、信號處理電路和指示電路，其特徵在於氫敏探頭和微型吸氣泵內置於氫氣檢漏儀中，所述微型吸氣泵的入口與外接吸氣管的末端封閉連接，氫敏探頭置於微型吸氣泵的出口管路中，所述氫敏探頭採用氫敏半導體傳感器，其信號輸出端與信號處理電路的輸入端連接，信號處理電路的輸出信號送至指示電路進行檢測結果和漏點定位指示。優點防風、防水、指示直觀、可精確定位、減少了檢測勞動強度，可廣泛應用於充氣式電纜或埋地管線的洩漏檢測。
文檔編號G01N27/414GK101034030SQ20071001366
公開日2007年9月12日 申請日期2007年3月4日 優先權日2007年3月4日
發明者耿玉桐 申請人:淄博思科電子技術開發有限公司