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航天器在轨泄漏的非接触式超声定量漏孔大小的确定方法

阅读：665发布：2022-08-14

专利汇可以提供航天器在轨泄漏的非接触式超声定量漏孔大小的确定方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种航天器在轨泄漏的非接触式超声定量漏孔大小的确定方法，包括检漏步骤、漏孔定位步骤以及漏孔大小的确定步骤，其中；检漏判断泄漏存在后才进入第二步骤，确定漏孔中心位置后才进行漏孔评估。该方法是利用超声检漏设备，通过在密封舱体内部壁面进行巡检，来判断漏孔的存在位置和大小，本发明具有使用方便，定量评估，且明确提出了载人航天器超声在轨泄漏定量评估的实施过程，满足在轨环境检漏的需求。，下面是航天器在轨泄漏的非接触式超声定量漏孔大小的确定方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.航天器在轨泄漏的非接触式超声定量漏孔大小的确定方法，包括检漏步骤、漏孔定位步骤以及漏孔大小的确定步骤，其中
1）检漏步骤，利用非接触式的压电式超声传感器对航天器密封舱体进行巡检，检测到的超声信号经放大滤波后，经采样频率为500kHz，采样点数为2048的AD转换实现模数转换，再对所得的时域信号进行20kHz-80kHz带通滤波，对滤波后的信号进行2048个点的FFT处理，形成频谱；对整个频域的幅度进行幅度最大值判断，记幅度最大值为MAX，且其该最大值对应的频率记为Fmax，对37kHz-43kHz范围内的幅度进行累加记为SUM1，对55kHz-65kHz范围内的幅度进行累加记为SUM2，两者的比对记为能优比N，当Fmax落在
37kHz-43kHz之间,且该最大值MAX>0.002的无泄漏阈值，且SUM1≥0.19,且N>1.8阈值，则可判断附近有泄漏发生；否则不满足其中任意条件均判断为无泄漏。
2）漏孔定位，步骤1）判断泄漏有发生时，探测位置并不一定是漏孔的中心位置，此时利用所述的传感器在轨继续以5mm/s的速度沿密封舱壁在原巡检方向继续移动，实时观察其
37kHz-43kHz范围内的幅度变化，并将37kHz-43kHz频率范围内的每个频率点对应的幅度值进行累加，当该累加值随移动而发生先上升后下降的情况时，则其累加值的极值点处为漏孔中心的最大可疑泄漏位置；而后以该点为起点沿垂直于原移动路线先向上检测60mm后，再向下检测120mm，在这个过程中实时观测所述累加值的变化，出现先上升后下降，存在极值点时，该点位置即可认定为漏孔中心位置；
3）漏孔大小确定：确定漏孔中心位置后，对检测到的泄漏信号进行FFT变换后得到频谱，频谱中频率在37kHz-43kHz范围内幅度的最大值记为MAX，对37kHz-43kHz范围内的幅度进行累加记为SUM1，对55kHz-65kHz范围内的幅度进行累加记为SUM2，两者的比对记为N，检测距离为L；结合0.3mm～2.0mm之间不同的漏孔在轨条件下的泄漏超声特征频谱，根据SUM1、SUM2、L、N的数值通过查表法进行漏孔大小确定，其中检测距离是超声传感器端面到漏孔中心舱壁处的距离；将检测设备移动到离舱体壁面距离60mm处，记为L=60mm，当0.02V0.3-0.4mm；当MAX<0.02V，SUM1<0.7V,SUM2<0.15，则漏孔大小为II级等约为0.8-1.0mm；
当0.03V0.05,SUM1>2,则漏孔大小为IV级约为2.0mm。
2.如权利要求1所述的方法，其中，若漏孔评估等级为I级或II级，则将漏孔移动至检测距离为20mm的位置，L=20；当评估等级为I级时，MAX<0.03,SUM1<0.9,SUM2<0.1,则漏孔为0.8mm，否则漏孔为1.0mm;当漏孔评估等级为II级时，当0.03V0.93.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述检漏方法的最小可检为0.3mm的漏孔泄漏，探测距离优于500mm，最大可感知范围约为 70mmX70mm。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，漏点定位方法在判断泄漏存在后进行，先水平进行巡检，后进行垂直巡检，可准确确定漏孔中心位置。

说明书全文

航天器在轨泄漏的非接触式超声定量漏孔大小的确定方法

技术领域

[0001] 本发明属于航天器总装检漏技术领域，具体来说涉及一种航天器在轨泄漏的非接触式超声定量漏孔大小的确定方法。

背景技术

[0002] 随着声学检测技术的发展，根据气动声学的原理，非接触式的超声检漏方法应运而生，在工业泄漏检测领域的应用越来越广泛，多利用国外进口的非接触式超声检漏仪对压力容器、压力管道等进行检测，通过沿器壁的巡检，通过观测其某一特定频率下的或时域的峰峰值的幅度发生突变增高则判断附近发生泄漏，但均不能准确确定漏孔的中心位置以及评估泄漏的大小，仅仅实现了定性地判断泄漏，效率低，准确性低，漏孔定位不准确，仅能给出一个定性的范围。因此，目前国内外没有相关的成熟的非接触式超声泄漏定量评估方法，无法准确确定漏孔中心位置，也无法定量评估漏孔大小；与此同时，在航天领域目前没有能够对航天器在轨泄漏的定量评估方法，美国NASA曾利用超声检漏仪对国际空间站进行了漏点的定位，但也仅是利用观测某一特定频率幅度的变化来定性判断泄漏的存在，无法评估泄漏大小以及漏孔的中心位置。而航天器在轨检漏方法还有光学方法、压力检测法等，但目前这些方法基本上处于原理性突破阶段。因此，本领域急需一种定量评估方法，满足载人航天器在轨检漏的需求。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种航天器在轨泄漏的非接触式超声定量漏孔大小的确定方法，具有泄漏检测，漏孔定位，漏孔确定及评估的能力。可适用于真空容器的泄漏的检测，更可满足载人航天器在轨泄漏的检测的漏孔定位及泄漏评价的需求。

[0004] 本发明的航天器在轨泄漏的非接触式超声定量漏孔大小的确定方法，包括检漏步骤、漏孔定位步骤以及漏孔大小的确定步骤，其中

[0005] 1）检漏步骤，利用超声检漏设备对航天器密封舱体进行巡检，检测到的超声信号经放大滤波后，经采样频率为500kHz，采样点数为2048的AD转换实现模数转换，再对所得的时域信号进行20kHz-80kHz带通滤波，对滤波后的信号进行2048个点的FFT处理，形成频谱；对整个频域的幅度进行幅度最大值判断，记幅度最大值为MAX，且其该最大值对应的频率记为Fmax，对37kHz-43kHz范围内的幅度进行累加记为SUM1，对55kHz-65kHz范围内的幅度进行累加记为SUM2，两者的比对记为能优比N，当Fmax落在37kHz-43kHz之间,且该最大值MAX>0.002的无泄漏阈值，且SUM1≥0.19,且N>1.8阈值，则可判断附近有泄漏发生；否则不满足其中任意条件均判断为无泄漏。

[0006] 2）漏孔定位，步骤1）判断泄漏有发生时，探测位置并不一定是漏孔的中心位置，此时利用上述设备在轨继续以5mm/s的速度沿密封舱壁在原巡检方向继续移动，实时观察其37kHz-43kHz范围内的幅度变化，并将37kHz-43kHz频率范围内的每个频率点对应的幅度值进行累加，当该累加值随移动而发生先上升后下降的情况时，则其累加值的极值点处为漏孔中心的最大可疑泄漏位置；而后以该点为起点沿垂直于原移动路线先向上检测60mm后，再向下检测120mm，在这个过程中实时观测所述累加值的变化，出现先上升后下降，存在极值点时，该点位置即可认定为漏孔中心位置；

[0007] 3）漏孔大小确定：确定漏孔中心位置后，对检测到的泄漏信号进行FFT变换后得到频谱，频谱中频率在37kHz-43kHz范围内幅度的最大值记为MAX，对37kHz-43kHz范围内的幅度进行累加记为SUM1，对55kHz-65kHz范围内的幅度进行累加记为SUM2，两者的比对记为N，检测距离为L；结合0.3mm～2.0mm之间不同的漏孔在轨条件下的泄漏超声特征频谱，根据SUM1、SUM2、L、N的数值通过查表法进行漏孔大小确定，其中检测距离是超声传感器端面到漏孔中心舱壁处的距离；将检测设备移动到离舱体壁面距离60mm处，记为L=60mm，当0.02V当0.03V0.05,SUM1>2,则漏孔大小为IV级约为2.0mm。

[0008] 进一步地，若漏孔评估等级为I级或II级，则将漏孔移动至检测距离为20mm的位置，L=20；当评估等级为I级时，MAX<0.03,SUM1<0.9,SUM2<0.1,则漏孔为0.8mm，否则漏孔为1.0mm;当漏孔评估等级为II级时，当0.03V

[0009] 本发明的方法优选适用于航天器在轨泄漏定量评估，而且适用于真空容器泄漏或向真空泄漏的上游检测的泄漏评估，与压力容器的下游检测混淆。

[0010] 本发明与现有超声检漏方法相比，具有以下优点：

[0011] 1）可有效判断泄漏的发生，国内没有具体的泄漏判读依据和方法，有效降低误判、错判和漏判；

[0012] 2）是一种有效地漏点定位方法，有效指出漏孔中心位置，降低错判率；

[0013] 3）本发明属于适用于航天器在轨检漏情况下的漏孔评估方法，可有效评价泄漏情况，指导航天员后续堵漏工作；附图说明

[0014] 图1是本发明的航天器在轨泄漏的非接触式超声定量漏孔大小的确定方法示意图。

[0015] 图中：1-检漏；2-漏孔定位；3-漏孔大小的确定；

[0016] 图2是本发明的检漏步骤示意图。

[0017] 图中：1.1-巡检，1.2-实时判断，1.3-泄漏状态确定

[0018] 图3是本发明的漏孔定位步骤示意图。

[0019] 图中：2.1-原线路巡检，2.2-实时确定极值点，2.3-沿垂直原线路巡检，2.4-确定泄漏中心位置。

[0020] 图4是本发明的漏孔大小的确定步骤示意图。

[0021] 图中：3.1-距离漏孔中心位置60mm处检测，3.2-评估漏孔等级，3.3-判断漏孔等级，3.4-距离漏孔中心位置20mm处检测,3.5-确定漏孔尺寸；

具体实施方式

[0022] 以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。

[0023] 结合附图1详细说明本发明的航天器在轨泄漏的非接触式超声定量漏孔大小的确定方法；本发明的航天器在轨泄漏的非接触式超声定量漏孔大小的确定方法包括检漏步骤、漏孔定位步骤以及漏孔大小的确定步骤。本发明的方法实施分为检漏1、漏孔定位2和漏孔大小确定3三个步骤，检漏判断泄漏存在后才进入第二步骤，确定漏孔中心位置后才进行漏孔大小的确定。其中检漏步骤的实施如图2所示，漏孔定位步骤的实施如图3所示，漏孔大小的确定步骤如图4所示；以下结合附图说明本发明的具体实施步骤：

[0024] 本发明的便携式非接触超声在轨泄漏定量评估方法，具体实施步骤如下：

[0025] 1）利用便携式非接触超声检漏设备，沿舱壁进行巡检1.1，从左到右移动100mm,再自上而下移动100mm，然后再由右向左移动100mm，然后再自上而下移动100mm，形成沿折线型轨迹进行巡检，速度不宜过快约为10mm/s，保持平稳；

[0026] 2）检测到的超声信号经放大滤波后，经采样频率为500kHz，采样点数为2048的AD转换实现模数转换，再对所得的时域信号进行20kHz-80kHz带通滤波，对滤波后的信号进行2048个点的FFT处理，形成频谱；根据频谱特征对泄漏进行实时判断[1.2];首先对整个频域的幅度进行幅度最大值判断，记幅度最大值为MAX，且其该最大值对应的频率记为Fmax，对37kHz-43kHz范围内的幅度进行累加记为SUM1，对55kHz-65kHz范围内的幅度进行累加记为SUM2，两者的比对记为能优比N，当Fmax落在37kHz-43kHz之间,且该最大值MAX>0.002的无泄漏阈值，且SUM1≥0.19,且N>1.8阈值，则可判断附近有泄漏发生；否则不满足其中任意条件均判断为无泄漏，从而实现泄漏状态确定[1.3];

[0027] 3）当检漏判断无泄漏情况时，则继续按原线路巡检[2.1],进行步骤1所述内容；

[0028] 4）当检漏判断为有泄漏发生时，则利用非接触超声在轨泄漏检测设备继续以5mm/s的速度沿密封舱壁在原巡检方向继续巡检[2.1]，实时观察其

[0029] 37kHz-43kHz范围内的幅度变化，并将37kHz-43kHz频率范围内的每个频率点对应的幅度值进行累加，实时确定极值点[2.2]，当该累加值随移动而发生先上升后下降的情况，累加值的极值点处为漏孔中心第一可疑位置；若峰值无明显变化，则继续巡检；

[0030] 5）以漏孔中心第一可疑处为中心，沿垂直于原线路巡检[2.3]，先向上检测60mm后，再向下检测120mm，在这个过程中实时观测上述的累加值的变化，出现先上升后下降，存在极值点时，该点位置即可认定为漏孔中心位置，从而确定漏孔中心位置[2.4];

[0031] 6）当确定了漏孔中心位置后，则可根据激光测距的数据，调整超声在轨泄漏检测设备至距离漏孔中心位置距离为60mm处，进行泄漏超声检测[3.1]；

[0032] 7）对检测到的泄漏信号进行FFT变换后得到频谱，根据频谱特征评估漏孔等级[3.2];频谱中频率在37kHz-43kHz范围内幅度的最大值记为MAX，对37kHz-43kHz范围内的幅度进行累加记为SUM1，对55kHz-65kHz范围内的幅度进行累加记为SUM2，两者的比对记为N，检测距离为L；结合0.3mm-2.0mm之间不同的漏孔在轨条件下的泄漏超声特征频谱，根据SUM1、SUM2、L、N等数值以及判断的逻辑关系，通过查表法进行漏孔大小的评估。将检测设备移动到离舱体壁面距离60mm处，记为L=60mm，当0.02V1.3V0.05,SUM1>2,则漏孔大小为IV级约为2.0mm;

[0033] 评估漏孔等级完成后，判断漏孔等级[3.3];当漏孔等级为I级或II级时，调整超声泄漏检测设备至距离漏孔中心位置距离为20mm处继续检测泄漏超声信号[3.4]，L=20；泄漏超声信号进行FFT变换后得到频谱，根据频谱特征，进一步确定漏孔尺寸[3.5]；当评估等级为I级时，MAX<0.03,SUM1<0.9,SUM2<0.1,则漏孔为0.8mm，否则漏孔为1.0mm;当漏孔评估等级为II级时，当0.03V0.3mm，否则漏孔约为0.4mm；

[0034] 8）当漏孔等级为III或IV级时，则可直接确定漏孔尺寸[3.5];

[0035] 9）确定漏孔尺寸后，则可按小孔粘滞流公式1，按照气体为空气，温度为20℃，来评估漏孔的漏率Qn；并按公式2计算漏率导致的单位时间内的压降△P，按公式3计算航天器密封舱体内压力监测的压降△Pc，当△P<△Pc则证明还有其他漏孔存在，则继续按步骤进行寻找第二个漏孔，并利用公式1计算其漏率，以此类推，直到按公式4计算的总漏率Qz导致的单位时间内的压降△Pz所示约为航天器密封舱体内压力监测的压降△Pc，则航天器在轨超声泄漏检测结束。

[0036]

[0037] 式中:Qn-第n个漏孔的评估漏率，Pa·m3/s;dn-评估漏孔，mm；P1-密封舱体内不压力，Pa；P2-密封舱体外部真空环境压力，即P2=0Pa；n-评估的漏孔号，n=1,2,3…；

[0038]

[0039] 式中:△P-通过漏率导致的单位时间内的压降，Pa/s;V-舱体体积，m3；

[0040]

[0041] 式中:△Pc-舱体压力监测的单位时间内的压降，Pa/s;Pc-舱体压力监测tc时刻的压力，Pa；Pc-舱体压力监测t0时刻的压力，Pa；tc-为当前监测时刻，s；t0-监测初始时刻，s；

[0042]

[0043] 式中:△Pz-所有检测到漏孔的总漏率导致的单位时间的压力变化，Pa/s;Qz-所3
有漏孔总漏率，即漏孔漏率的总和，Pa·m/s；

[0044] 尽管上文对本发明的具体实施方式进行了详细的描述和说明，但应该指明的是，我们可以对上述实施方式进行各种改变和修改，但这些都不脱离本发明的精神和所附的权利要求所记载的范围。

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