非接触式超声泄漏检测系统设计及试验验证

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1、Vol.31,No.2航天器环境工程第31卷第2期212SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING2014年4月http://www.bisee.ac.cnE-mail:htqhjgc@126.comTel:(010)68116407,68116408,68116544非接触式超声泄漏检测系统设计及试验验证綦磊，孙伟，孙立臣，孟冬辉，王勇，李征，李唯丹（北京卫星环境工程研究所，北京100094）摘要：非接触式超声泄漏检测方法在国外已应用于载人航天器在轨检漏。文章基于气体泄漏超声产生机理及声压与泄漏量的关系，搭建了一套超声泄漏检测系统，研究了泄漏判断及

2、漏孔评估算法，并进行了综合试验测试。结果表明，该方法能有效地对泄漏是否发生进行判断，并可粗略评估泄漏量的大小和漏孔直径，为我国空间站密封舱在轨泄漏检测提供参考。关键词：非接触式检测；超声检漏；电路设计；功率谱分析；MATLAB软件中图分类号：TB774文献标志码：B文章编号：673-1379(2014)02-0212-05DOI:10.3969/j.issn.1673-1379.2014.02.020Amethodofnon-contactultrasonicleakdetectionQiLei,SunWei,SunLichen,MengDonghui,WangYong,

3、LiZheng,LiWeidan(BeijingInstituteofSpacecraftEnvironmentEngineering,Beijing100094,China)Abstract:Thispaperproposesamethodofnon-contactultrasonicleakdetection,andbuildsasystemofultrasonicleaktestingbasedontheprincipleofgasleakultrasonicgenerationandtherelationbetweenthesoundlevelandtheleak

4、age.Analgorithmisdevelopedfortheleaktestingandseveralexperimentaltestsarecarriedout.Itisshownthatthismethodcandeterminewhetheraleakeventoccursandgivealeakageamountapproximately,whichmayprovideareferenceforon-orbitleakdetectionofthesealedcabinofChina’sspacestation.Keywords:non-contactdetec

5、tion;ultrasonicleakdetection;circuitdesign;powerspectrumanalysis;MATLABsoftware0引言文设计了一套非接触式超声泄漏检测系统，可实现对大气向真空泄漏微弱超声信号的提取和对泄漏由于航天器在发射入轨和运行过程中将受到量大小的评估，对保证我国空间站的在轨运行安全振动、真空、高低温交变、微流星及空间碎片、原有一定参考意义。子氧、太阳辐射及宇宙射线的相互作用，舱体和密封结构可能产生松动、变形、表面氧化、腐蚀、损1检测原理[1]伤甚至穿孔等现象而引起泄漏事故，这将给飞行1.1泄漏声波产生机理任务和航天员的生命

6、安全带来严重的威胁甚至造根据气动声学理论，气体在压力差的作用下从成惨重后果。密封结构中沿泄漏通道向低压环境中泄漏，气体穿对于我国未来的空间站建设而言，舱体结构的过微小孔隙时流速较高，形成湍流，气流中包含的密封性能在全生命周期都至关重要，而密封性能是大量旋涡不断膨胀、碰撞、破裂，从而在漏孔附近通过气体泄漏检测而确定的。非接触式超声泄漏检[7]产生一定频率的声波，如图1所示。声波振动的测技术因操作简单、检漏周期短、成本低，已在输频率与漏孔尺寸有关：漏孔较大时，人耳可听到漏[2-5]液（气）管道、压力容器、航空等领域得到广气声；漏孔很小且声波频率大于20kHz时，人耳[6]就听

7、不到了，但声波能在空气中传播，被称做空载泛应用，并成功应用于国际空间站在轨检漏。本————————————————————————收稿日期：2014-01-14；修回日期：2014-03-12基金项目：北京卫星环境工程研究所自主研发项目（编号：YY-BZ(WM)-2011-04）第2期綦磊等：非接触式超声泄漏检测系统设计及试验验证213[8]超声波。式中：p为泄漏出口压力，Pa；N为比例系数；D3根据目前国内外研究和大量实验表明，一般泄为漏孔直径，m；ρ0为泄漏气体密度，kg/m；v为漏产生的声波频率在10～100kHz之间，