● 摘要
气动系统在运行过程中存在严重的压缩空气泄漏情况，压缩空气泄漏量占到工厂总产气量的10%—40%，每年我国由于压缩空气泄漏造成的能量损失高达384亿元；压缩空气泄漏还会导致压力下降，严重时会造成产品质量问题，造成重大生产事故；此外，泄漏会造成气动工具效率低下、设备寿命缩短、维修成本的提高等问题。90%以上的泄漏是由气动元件在使用过程中出现老化或破损，查漏、堵漏应该成为一项经常性的工作。积极的检漏、堵漏措施是降低气动系统能量浪费、提高生产效率、避免生产损失的重要途径。本文开展气动系统泄漏超声检测技术的研究，针对实际情况中存在的几个关键问题，分别进行如下几方面的关键技术研究：
直射和反射泄漏超声信号的区分
针对工业现场存在的反射超声信号将导致对泄漏源的误报的情况，从频谱分析的角度对泄漏超声反射信号进行区分。根据直射和反射超声频谱特征的不同点，研究并设计了相应的区分算法，根据算法所得到的反射特征系数(RCC)，成功实现了直射和反射超声信号的区分。
基于时延估计的高精度泄漏点超声定向检测方法
为了克服单超声传感器检测仪由于传感器指向性低而导致的泄漏点定向检测精度低的问题，提出了一种基于时延估计的高精度泄漏点定向检测方法，该方法采用三个朝向相同并呈等边三角形分布的超声传感器，根据泄漏点超声信号到三个传感器的时延对泄漏点进行定向。时延估计的精度对该方法的检测检测具有重要的影响，本文基于实测数据，研究了几种常用时延估计器的性能，为时延估计器的选择提供依据。分析了时延估计精度、传感器间距和泄漏点距离对检测精度的影响，并通过实验研究测试了该方法的精度。
基于盲源分离的多泄漏源定位研究
当前泄漏超声检测技术无法实现对存在多个泄漏源的情况进行检测，为了解决该问题，引入盲源分离技术对多泄漏源混合信号进行分离。采用卷积混合模型对多泄漏源超声信号的混合进行描述，选用卷积混合频域算法作为分离算法。采用复数扩展的自然梯度算法对频域中的复数信号瞬时混合模型进行分离。针对频域算法中的幅值不确定性和顺序不确定性问题，分别采用了基分裂谱的幅值不确定性解决方法和基于幅值相关性的顺序不确定性解决方法。盲源分离算法的应用将多泄漏源定位问题转换成多个单一泄漏源定位问题，根据分离后的信号之间的时延，可以实现对多个泄漏源的定位。在此基础上，开展多泄漏源定位实验研究，验证了该方法的有效性。
基于超声信号的泄漏流量测量的研究
通过实验建立了超声信号平均功率与泄漏点上游压力、泄漏孔有效截面积及泄漏点距离的拟合函数关系；在泄漏点上游压力、泄漏点距离已知的情况下，根据拟合公式，由泄漏孔产生的超声信号的平均功率反推泄漏孔有效截面积，进而得到泄漏流量。通过实验对所提出的泄漏流量测量方法进行了验证。
气体泄漏超声检测仪的设计
分别设计了单传感器和多传感器超声泄漏检测仪，并对其性能分别进行测试。