基于LabVIEW8.0的管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)漏點(diǎn)位置計(jì)算的研究

陳舒

摘要：目前，工業(yè)上廣泛利用泄漏產(chǎn)生超聲波的原理來進(jìn)行泄漏檢測(cè)。利用超聲波檢測(cè)液體泄漏位置，不僅方法簡(jiǎn)單，而且準(zhǔn)確可靠。計(jì)算出管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)漏點(diǎn)位置是整個(gè)管道泄漏系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。基于此， 本文研究了利用LabVIEW8.0中的固有功能模塊計(jì)算出管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)漏點(diǎn)位置，力求使計(jì)算正確、快捷、方便。

關(guān)鍵詞：管道泄漏 超聲波 單片機(jī) 虛擬儀器 LabVIEW8.0

中圖分類號(hào)：TE973 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）12-0088-01

利用超聲波傳感器在管道上相距一定距離的兩個(gè)位置上獲取兩點(diǎn)的泄漏點(diǎn)噪聲信號(hào)，對(duì)其濾波、放大，利用LabVIEW8.0實(shí)現(xiàn)兩路噪聲信號(hào)的互相關(guān)估計(jì)，求解最大值，得到泄漏點(diǎn)噪聲信號(hào)到達(dá)管道上兩檢測(cè)位置的時(shí)間延遲，通過簡(jiǎn)單計(jì)算，實(shí)現(xiàn)漏點(diǎn)定位。計(jì)算出管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)漏點(diǎn)位置是整個(gè)管道泄漏系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，利用LabVIEW8.0中的固有功能模塊計(jì)算出相關(guān)函數(shù)最大峰值位置，延遲時(shí)間τ，最終計(jì)算出漏點(diǎn)距離A、B兩測(cè)量點(diǎn)中點(diǎn)的距離，它還能將測(cè)量及計(jì)算結(jié)果直觀的顯示在其前面板上，快捷，方便。

系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，采用模塊化設(shè)計(jì)有助于軟件的方便設(shè)計(jì)和日后改進(jìn)升級(jí)。使用虛擬儀器與相關(guān)測(cè)量技術(shù)結(jié)合，可大大減輕設(shè)計(jì)人員的負(fù)擔(dān)，減低工作的成本費(fèi)用，故工業(yè)上將被廣泛采用。

1 LV的串行通信

本設(shè)計(jì)中需要從下位機(jī)讀取N個(gè)數(shù)據(jù)，而在LV中，有專門用于串行通信的節(jié)點(diǎn)，即VISA節(jié)點(diǎn)。LV將他們單獨(dú)組成一個(gè)模板，共包括6個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別實(shí)現(xiàn)初始化串口，串口寫，串口讀，檢測(cè)串口緩存中斷以及關(guān)閉串口等功能，這些節(jié)點(diǎn)都位于Functions模板的InstrumentI/O子模板中，在本設(shè)計(jì)中，將用到的端口為VISA Configure Serial port.vi：初始化，配置串口，用該節(jié)點(diǎn)可以設(shè)置串口的波特率，數(shù)據(jù)位，停止位，奇偶校驗(yàn)位，緩存大小以及流量控制等參數(shù)。輸入端為VISA resource name（端口的設(shè)備名稱） ，baud rat（波特率）， date bits（數(shù)據(jù)位） ，parity（奇偶校驗(yàn)），error in ，stop bit（停止位） ，flow control（流量控制），輸出端為duplicate VISA resource name（端口的設(shè)備名稱），error out。

VISA Read：從由VISA RESOURSE NAMR 端口指定的設(shè)備中讀取Byte Count端口指定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)。可用于從串口緩存中讀出指定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)。輸入端為VISA resource name（ 端口的設(shè)備名稱），byte count（字節(jié)數(shù)，從VISA BYTES at Serial Port得到） ， error in 輸出端為dup VISA resource name （端口的設(shè)備名稱），read buffer（輸出的數(shù)據(jù)），eror out。

VISA Close：關(guān)閉由VISA Resourse Name端口指定的設(shè)備連接。可用于關(guān)閉一個(gè)已打開的串口，從而釋放LV對(duì)這個(gè)串口資源的占用。輸入端為VISA resource name（端口的設(shè)備名稱），error in輸出端為error out。

VISA BYTES at Serial Port：返回串口的輸入緩存中存在的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。在使用VISA READ節(jié)點(diǎn)讀取串口前，可先用其檢測(cè)當(dāng)前串口輸入緩存中存在的字節(jié)數(shù)。然后由此指定VISA READ節(jié)點(diǎn)從串口輸入緩存中讀取的字節(jié)數(shù)，可以保證一次將串口輸入緩存中的數(shù)據(jù)全部讀出。

While循環(huán)：While循環(huán)是LV最基本的結(jié)構(gòu)之一，相當(dāng)于C語言中的While循環(huán)和Do循環(huán)，While循環(huán)可從框圖程序中的Structures子模板中創(chuàng)建，它由循環(huán)框架，重復(fù)端口，以及條件端口組成。當(dāng)把需要使用循環(huán)的程序放入循環(huán)框架后就能實(shí)現(xiàn)循環(huán)功能，重復(fù)端口是統(tǒng)計(jì)程序運(yùn)行的次數(shù)，條件端口用于控制循環(huán)是否繼續(xù)執(zhí)行，本程序中把POWER開關(guān)與條件端口相連，即當(dāng)開啟POWER時(shí)程序開始循環(huán)，否則停止運(yùn)行。

2 相關(guān)分析

LV在測(cè)試工程應(yīng)用中可以對(duì)實(shí)測(cè)的信號(hào)作相關(guān)分析，本設(shè)計(jì)中就用到測(cè)試技術(shù)中相關(guān)分析的典型應(yīng)用：時(shí)延或位置檢測(cè)。在LabVIEW8.0中，相關(guān)運(yùn)算Convolution and correlation.vi到達(dá)的途徑是Functions---signal processing-----signal operation-----Convolution and Correlation，圖1所示是Convolution and correlation.vi的參數(shù)對(duì)話框，在這里設(shè)置需要進(jìn)行計(jì)算的種類，本設(shè)計(jì)選用的是互相關(guān)函數(shù)運(yùn)算VI、在參數(shù)設(shè)置框的右半部分就能直觀地看到計(jì)算過程的圖解。在VI中，其圖標(biāo)可以表示成圖2，輸入?yún)?shù)有X，Y， 把從下位機(jī)上得到的兩路信號(hào)送給X，Y，其輸出參數(shù)有Rxy，就是互相關(guān)信號(hào)， 它是一個(gè)一維數(shù)組，本論文中，為給用戶以直觀的印象，還把它與WAVEFORM GRAPH相連，以便看到圖形。

尖峰捕獲函數(shù)：在LabVIEW中有求極大值極小值的函數(shù)，其功能如示意圖3，輸入?yún)?shù)有Waveform in其輸出參數(shù)有max time，Y max，min time，Y min，到達(dá)的途徑：Functions---Programming---Wavefrom---Analog Waveform---Waveform Min Max vi，本設(shè)計(jì)中將互相關(guān)信號(hào)Rxy的波形作為輸入，從輸出信號(hào)中可以得到該波形的最大值及最大值產(chǎn)生的時(shí)間，即互相關(guān)的最大值的延遲時(shí)間。

數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)：在LabVIEW中有常用的計(jì)算函數(shù)，在本設(shè)計(jì)中需用到的是乘法和除法，用來實(shí)現(xiàn)的計(jì)算。路徑為Functions---Numerice---Multiply、Functions---Numerice---Divide，示意圖4根據(jù)計(jì)算公式，把延遲時(shí)間乘以聲速，再除以二即可得到漏點(diǎn)對(duì)應(yīng)于兩傳感器中點(diǎn)的位置。

聲波的速度c與溫度T有關(guān)。如果環(huán)境溫度變化顯著，則必須考慮溫度補(bǔ)償問題。空氣中聲速與溫度的關(guān)系可表示為：c≈331.4+0.6T（m/s）

3 結(jié)果顯示

為了使本系統(tǒng)使用方便直觀，在本設(shè)計(jì)的前面板中設(shè)計(jì)了三個(gè)數(shù)值型控件用來顯示最大相關(guān)值，最大值的延遲時(shí)間及漏點(diǎn)的位置，三個(gè)圖形型控件（Waveform Graph波形圖）分別用來顯示X（t），Y，Rxy（t）的波形。其路徑為Controls---Numeric--- Numeric Indicator， Controls---Graph---Waveform Chart。

4 AT89C51與上位PC機(jī)的通訊

MAX232芯片引腳圖與MAX232芯片的典型工作電路圖如圖5、圖6所示。

現(xiàn)從MAX232芯片中兩路發(fā)送接受中任選一路作為接口。T1接單片機(jī)的發(fā)送端TXD，則PC機(jī)的RS-232的接收端一定要對(duì)應(yīng)接TI輸出引腳。同時(shí)R1輸出接單片機(jī)的RXD引腳，PC級(jí)的RS-232的發(fā)送端TXD對(duì)應(yīng)接R1輸入引腳。

參考文獻(xiàn)

[1]徐苓安編著.相關(guān)流量測(cè)量技術(shù)[M].天津大學(xué)出版社，1988.

[2]徐秉錚，歐陽(yáng)景正著.信號(hào)分析與相關(guān)技術(shù)[M].科學(xué)出版社，1981.

[3]楊樂平，等.Labview程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社，2004，7.

[4]鄧焱，王磊.Labview7.1測(cè)試技術(shù)與儀器應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004，8.

[5]R Thom，M S Beck and R. G.Green.Non-intrusive methods of velocity measurement in pneumatic conveying[J].J.Phys.E：Sci.Instrum.，1982，15.

[6]R G Green， M F Rahmat， K Dutton， K Evans， A Goude and M Henry. Velocity and Mass flow rate.