超声气体泄露检测器和测试方法技术

一种超声气体泄露检测器和测试方法，其被配置为区分由加压气体泄露到大气中生成的超声与人为超声源生成的超声。在示例性实施例中，超声气体泄露检测器能够将远程超声测试源识别为已知测试源，并且启动测试时序来代替警报。输出功能根据测试模式启动生成检测器输出。超声气体泄露检测器还可以不将各种其他人为超声源识别为气体泄露或远程测试源，而是识别为有害或恶意源。该测试方法在已知超声频率下使用窄频带测试源以声透射检测器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
当气体从较高压力逃逸到周围大气时，超声气体泄露检测器测量由湍流生成的声压波。这种气体泄露检测器用作工业安全设备来监控不想要的或不期望的易燃或有毒气体释放到大气中。泄露需要在它们的量级进一步生长之前被快速识别，以允许及时地采取矫正动作。传统的依赖于针对其功能性的阈值和时间延迟的超声气体泄露检测器的缺陷在于，不能有效地在现场中验证它们的性能以及在验证测试间隔时进行功能安全检查。验证测试是安全仪表系统指示每个部件都在工作且如期望执行操作的要求。传统的超声气体泄露检测器不能区分由实际的气体释放所发出的声音和用于周期性系统性能检查的远程超声测试源。这对于工业设施来说是最大的不利，这会导致绕过严格的验证测试或者造成显著的操作成本负担。传统的超声气体泄露检测器并不能为维护人员提供一种在功能上远程测试气体泄露检测器同时不会由于禁用警报的需要而引起破坏的装置。
技术实现思路
测试超声气体泄露检测器的方法的示例性实施例包括：在操作模式下操作气体泄露检测器，其中气体泄露检测器响应于由加压的气体泄露生成的宽频带超声以启动警报模式；利用来自远程测试源的超声能量声透射气体泄露检测器，该超声能量不同于由实际的气体泄露生成的宽频带超声；处理所接收的超声能量以确定超声能量的测量特性是否对应于来自测试源的预定测试信号的预定特性；以及如果处理指示所接收的超声能量是来自测试源的测试信号，则在测试模式下操作气体泄露检测器。气体泄露检测器的示例性实施例被配置为区分由加压气体泄露到大气中生成的超声与由人为超声源生成的超声，并且包括：超声麦克风系统，响应于接收的超声能量以生成麦克风信号；处理器系统，被配置为处理麦克风信号的数字化版本，并且在操作模式下处理数字化版本以检测加压气体泄露并在测试时启动警报模式。处理器系统进一步被配置为将来自远程超声测试源的特定超声测试信号识别为已知测试源，并且响应于识别启动测试模式来代替输入警报模式。处理器系统被配置为提供输出函数以根据测试模式启动来生成检测器输出。附图说明本领域技术人员在结合附图阅读以下详细说明的基础上容易理解本公开的特征和优势，其中：图1A示出了超声气体泄露检测器的示例性设置，其沿着超声气体泄露检测器的轴被声透射，即经受来自远程超声测试器的声音。图1B示出了气体泄露检测器的示例性设置，其被相对于超声气体泄露检测器的轴成角度的远程超声测试器声透射。图2是超声气体泄露检测器的示例性实施例的示意性框图。图3是用于图1的超声气体泄露检测器的处理功能的示例性流程图。图3A是示出测试模式期间的示例性检测器模拟输出的示图。图3B是示出图3A的测试模式期间的检测器测量的声压级(SPL)的示图。图4A是由远程超声测试源产生的声音的示例性频谱。图4B是由通过孔口泄露的加压气体所产生的声音的示例性频谱。图5是超声气体泄露检测器的模拟输出的示例性实施例。具体实施方式在以下详细说明以及多幅附图中，类似的元件用类似的参考标号来指示。附图不按比例绘制，并且为了说明的目的可以放大相对部件尺寸。图1A示出了用于危险位置的超声气体泄露检测器1，其沿着超声气体泄露检测器的轴被来自远程超声测试源160的超声能量声透射。如本文所使用的，“声透射”表示有目的地使超声气体泄露检测器经受声压级。在该示例中，超声气体泄露检测器1包括超声感测麦克风2(图2)，并且通常将超声感测麦克风2安装为面朝下。超声气体泄露检测器1随着测量的声压级(SPL)的增加响应来自超声源160的声能162。图1B示出了超声气体泄露检测器1，其被来自相对于超声气体泄露检测器的轴成角度的测试源160的超声能量162声透射。同样，超声气体泄露检测器1通过测量增加的声压级(SPL)来响应超声测试源160。在功能测试中，操作者通常四处走动，并且从不同方向远程测试超声气体泄露检测器。在一个示例性实施例中，超声气体泄露检测器的警报阈值通常可设置为79分贝(dB)；可以在具有低超声背景的位置中使用较低阈值。现在需要能够使超声气体泄露检测器特定地将来自远程超声测试源的声音识别为不同于由实际的加压气体泄露所生成的宽频带超声，从而与输入警报相反地启动测试时序。超声气体泄露检测器还可以被配置为拒绝来自其他特定的窄频带超声公害源的声音，诸如21kHz附近操作的电子狗哨声。图2示出了示例性超声气体泄露检测器1的示意性框图，其包括超声麦克风2作为感测元件。在示例性实施例中，超声麦克风2可以是预偏振压力麦克风，诸如由丹麦Holte的G.R.A.S.Sound and Vibration、德国Gefell的Microtech Gefell GmbH或者丹麦Naerum的Bruel Kjaer制造的。超声区域被定义为人耳能够听到之外的频率范围，健康的年轻成年人大约从20kHz开始。较高的超声频率在空气中比较低频率更快速地衰减，并且用于超声气体泄露检测系统的实际应用通常用于小于100kHz的频率。在又一示例性实施例中，超声麦克风2可以是基于MEMS(微机电系统)技术的微型麦克风，其可以在15kHz的可听范围之外以及达到100kHz的超声频率范围进行很好的操作。这种MEMS麦克风可以安装在印刷电路板(PCB)上，并且容纳在环境鲁棒的机械壳体中，其允许将超声能量传输至感测元件。可用于这种方式的示例性MEMS麦克风由伊利诺斯州伊塔斯加的Knowles Acoustics制造的SiSonicTM表面安装麦克风。在适合于危险位置的操作的示例性实施例中，MEMS麦克风可容纳在阻火器后面。这种阻火器防止麦克风壳体结构内的点燃火焰传输至外部环境，同时允许声能从外部环境流动到麦克风。这种保护的方法已知为防爆或防火。可被防爆或防火的工业和管理管理主体广泛接受的一些标准是来自加拿大标准组织的CSA C22.2第30-M1986号、来自Factory Mutual的FM 3600和3615以及来自国际电工委员会的IEC 60079-1。其他保护方法可以应用于其他环境保护要求，诸如国际电工委员会的IEC 60529中描述的对固态对象、液体和机械影响的入口保护。不管麦克风类型和所使用的保护概念如何，由麦克风2生成的模拟信号通过模数转换器(ADC)3转换为数字信号。在示例性实施例中，ADC 3提供具有12位符号整数分辨率和200kHz的采样率的信号4。在示例性实施例中，超声气体泄露检测器1包括电子控制器5，例如数字信号处理器(DSP)、ASIC或基于微计算机或微处理器的系统。在示例性实施例中，信号处理器5可以包括DSP，尽管其他设备或逻辑电路可以可选地用于其他应用和实施例。在示例性实施例中，信号处理器5还包括作为串行通信接口(SCI)的双重通用异步接收发射器(UART)51、串行外围接口(SPI)52、内部ADC 53、用于外部存储器(SRAM)21的外部存储接口(EMIF)54以及用于芯片上数据存储的非易失性存储器(NVM)55。Modbus 91或HART 92可用作用于在UART 51上进行串行通信的接口。这两种协议在处理工业中是已知的，以及用于向用户的计算机或可编程逻辑控制器(PLC)交互现场仪表的其他协议，诸如PROFlbus、Fieldbus和CANbus。在示例性实施例中，信号处理器5通过SPI 52接收来自AD本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测试超声气体泄露检测器的方法，包括：在操作模式下操作所述气体泄露检测器，其中所述气体泄露检测器响应于由加压的气体泄露生成的宽频带超声以启动警报模式；利用来自远程测试源的超声能量声透射所述气体泄露检测器，所述超声能量不同于由实际的气体泄露生成的所述宽频带超声；处理所接收的超声能量以确定所述超声能量的测量特性是否对应于来自测试源的预定测试信号的预定特性；以及如果所述处理指示所接收的超声能量是来自所述测试源的测试信号，则在测试模式下操作所述气体泄露检测器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.26 US 61/970,808;2014.07.21 US 14/336,3991.一种测试超声气体泄露检测器的方法，包括：在操作模式下操作所述气体泄露检测器，其中所述气体泄露检测器响应于由加压的气体泄露生成的宽频带超声以启动警报模式；利用来自远程测试源的超声能量声透射所述气体泄露检测器，所述超声能量不同于由实际的气体泄露生成的所述宽频带超声；处理所接收的超声能量以确定所述超声能量的测量特性是否对应于来自测试源的预定测试信号的预定特性；以及如果所述处理指示所接收的超声能量是来自所述测试源的测试信号，则在测试模式下操作所述气体泄露检测器。2.根据权利要求1所述的方法，其中在测试模式下操作所述气体泄露检测器的步骤包括:从所述气体泄露检测器生成输出信号以指示所述气体泄露检测器在所述测试模式下进行操作。3.根据权利要求1所述的方法，其中在测试模式下操作所述气体泄露检测器的步骤包括：测量所接收的测试超声能量的声压级(SPL)；将所述测试信号的所测量的SPL与预期SPL进行比较。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述测试信号是窄频带超声。5.根据权利要求4所述的方法，其中处理所接收的超声能量的步骤包括：获取所接收的信号的反映所接收的信号的频谱信号分量和幅度的超声频谱；确定峰值信号分量幅度和所述峰值信号分量幅度的频率；将所述峰值信号幅度与所有信号分量的幅度的总和进行比较；如果所述峰值信号幅度的比率不超过预定阈值，则确定所接收的信号不是测试信号。6.根据权利要求5所述的方法，其中处理所接收的超声能量的步骤还包括：如果所接收的能量的声压级不超过预定的声压级阈值，则确定所接收的超声能量不是测试信号。7.根据权利要求6所述的方法，其中处理所接收的超声能量的步骤还包括：将所述峰值信号幅度的频率与预定测试频率或测试频率范围进行比较，并且如果所述峰值信号幅度的频率不对应于所述预定测试频率或测试频率范围，则确定所接收的超声能量不是测试信号。8.一种超声气体泄露检测器，被配置为区分由加压气体泄露到大气中生成的超声与由人为超声源生成的超声，所述超声气体泄露检测器包括：超声麦克风系统，响应于接收的超声能量以生成麦克风信号；处理器系统，响应于所述麦克风信号，并且被配置为：响应于指示高压气体泄露的麦克风信号，在操作模式期间进入警报模式，以及将来自远程超声测试源的超声测试信号识别为已知测试源并且启动测试时序而非进入警报模式；所述处理器系统被配置为提供输出功能以根据测试模式启动来生成检测器输出。9.根据权利要求8所述的气体泄露检测器，其中所述处理器系统进一步被配置为处理所述麦克风信号，从而不将其他人为超声源识别为气体泄露或远程测试源，而是识别为有害或恶意源。10.根据权利要求8所述的气体泄露检测器，其中所述测试信号是预定测试源频率或窄频带处的单频或窄频带测试信号。11.一种超声气体泄露检测器，被配置为区分由加压气体泄露到大气中生成的超声与由人为超声源生成的超声，所述超声气体泄露检测器包括：超声麦克风系统，响应于接收的超声能量以生成麦克风信号；处理器系统，被配置为处理所述麦克风信号的数字化版本；以及在操作模式中，处理所述数字化版本以检测加压气体泄露并在检测时启动警报模式；所述处理器系统进一步被配置为将来自远程超声测试源的特定超声测试信号识别为已知测试源，并且响应于所述识别来启动测试模式而非进入警报模式；所述处理器系统被配置为提供输出功能以根据所述测试模式的启动来生成检测器输出。12.根据权利要求11所述的气体泄露检测器，其中所述处理器系统进一步被配置为处理所述麦克风信号，从而不将其他超声源识别为气体泄露或远程测试源，而是识别为有害或恶意源。13.根据权利要求11所述的气体泄露检测器，其中所述测试信号是预定测试源频率或窄频带处的单频或窄频带测试信号。14.根据权利要求13所述的气体泄露检测器，其中所述处理器系统进一步被配置为：处理所述数字化信号以提供所接收的信号的反映所述麦克风信号的频谱信号分量和幅度的超声频谱；确定峰值信号分量幅度和所述峰值信号分量幅度的频率；如果所述峰值信号幅度与所有信号分量的幅度的总和的比率不超过预定阈值，则将所接收的信号确定为不是特定测试信号。15.根据权利要求14所述的气体泄露检测器，其中所述处理器系统进一步被配置为测量所接收的超声能量的声压级，并且如果所测量的声压级不超过预定的声压级阈值，则确定所接收的超声能量不是所述特定测试信号。16.根据权利要求11所述的气体泄露检测器，其中所述处理器系统进一步被配置为处理所述数字化信号以提供所接收的信号的反映所述麦克风信号的频谱信号分量和幅度的超声频谱，并且将所述峰值信号幅度的频率与预定测试频率或测试频率范围进行比较，并且如果所述峰值信号幅度的频率不对应于所述预定测试频率或测试频率范...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·赫西诺夫，S·B·巴利加，
申请(专利权)人：通用显示器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US