基于LabVIEW8.0的管道泄漏检测系统漏点位置计算的研究

陈舒

摘要：目前，工业上广泛利用泄漏产生超声波的原理来进行泄漏检测。利用超声波检测液体泄漏位置，不仅方法简单，而且准确可靠。计算出管道泄漏检测系统漏点位置是整个管道泄漏系统的关键部分。基于此， 本文研究了利用LabVIEW8.0中的固有功能模块计算出管道泄漏检测系统漏点位置，力求使计算正确、快捷、方便。

关键词：管道泄漏 超声波 单片机 虚拟仪器 LabVIEW8.0

中图分类号：TE973 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）12-0088-01

利用超声波传感器在管道上相距一定距离的两个位置上获取两点的泄漏点噪声信号，对其滤波、放大，利用LabVIEW8.0实现两路噪声信号的互相关估计，求解最大值，得到泄漏点噪声信号到达管道上两检测位置的时间延迟，通过简单计算，实现漏点定位。计算出管道泄漏检测系统漏点位置是整个管道泄漏系统的关键部分，利用LabVIEW8.0中的固有功能模块计算出相关函数最大峰值位置，延迟时间τ，最终计算出漏点距离A、B两测量点中点的距离，它还能将测量及计算结果直观的显示在其前面板上，快捷，方便。

系統软件采用模块化设计，采用模块化设计有助于软件的方便设计和日后改进升级。使用虚拟仪器与相关测量技术结合，可大大减轻设计人员的负担，减低工作的成本费用，故工业上将被广泛采用。

1 LV的串行通信

本设计中需要从下位机读取N个数据，而在LV中，有专门用于串行通信的节点，即VISA节点。LV将他们单独组成一个模板，共包括6个节点，分别实现初始化串口，串口写，串口读，检测串口缓存中断以及关闭串口等功能，这些节点都位于Functions模板的InstrumentI/O子模板中，在本设计中，将用到的端口为VISA Configure Serial port.vi：初始化，配置串口，用该节点可以设置串口的波特率，数据位，停止位，奇偶校验位，缓存大小以及流量控制等参数。输入端为VISA resource name（端口的设备名称） ，baud rat（波特率）， date bits（数据位） ，parity（奇偶校验），error in ，stop bit（停止位） ，flow control（流量控制），输出端为duplicate VISA resource name（端口的设备名称），error out。

VISA Read：从由VISA RESOURSE NAMR 端口指定的设备中读取Byte Count端口指定长度的数据。可用于从串口缓存中读出指定长度的数据。输入端为VISA resource name（ 端口的设备名称），byte count（字节数，从VISA BYTES at Serial Port得到） ， error in 输出端为dup VISA resource name （端口的设备名称），read buffer（输出的数据），eror out。

VISA Close：关闭由VISA Resourse Name端口指定的设备连接。可用于关闭一个已打开的串口，从而释放LV对这个串口资源的占用。输入端为VISA resource name（端口的设备名称），error in输出端为error out。

VISA BYTES at Serial Port：返回串口的输入缓存中存在的数据字节数。在使用VISA READ节点读取串口前，可先用其检测当前串口输入缓存中存在的字节数。然后由此指定VISA READ节点从串口输入缓存中读取的字节数，可以保证一次将串口输入缓存中的数据全部读出。

While循环：While循环是LV最基本的结构之一，相当于C语言中的While循环和Do循环，While循环可从框图程序中的Structures子模板中创建，它由循环框架，重复端口，以及条件端口组成。当把需要使用循环的程序放入循环框架后就能实现循环功能，重复端口是统计程序运行的次数，条件端口用于控制循环是否继续执行，本程序中把POWER开关与条件端口相连，即当开启POWER时程序开始循环，否则停止运行。

2 相关分析

LV在测试工程应用中可以对实测的信号作相关分析，本设计中就用到测试技术中相关分析的典型应用：时延或位置检测。在LabVIEW8.0中，相关运算Convolution and correlation.vi到达的途径是Functions---signal processing-----signal operation-----Convolution and Correlation，图1所示是Convolution and correlation.vi的参数对话框，在这里设置需要进行计算的种类，本设计选用的是互相关函数运算VI、在参数设置框的右半部分就能直观地看到计算过程的图解。在VI中，其图标可以表示成图2，输入参数有X，Y， 把从下位机上得到的两路信号送给X，Y，其输出参数有Rxy，就是互相关信号， 它是一个一维数组，本论文中，为给用户以直观的印象，还把它与WAVEFORM GRAPH相连，以便看到图形。

尖峰捕获函数：在LabVIEW中有求极大值极小值的函数，其功能如示意图3，输入参数有Waveform in其输出参数有max time，Y max，min time，Y min，到达的途径：Functions---Programming---Wavefrom---Analog Waveform---Waveform Min Max vi，本设计中将互相关信号Rxy的波形作为输入，从输出信号中可以得到该波形的最大值及最大值产生的时间，即互相关的最大值的延迟时间。

数学运算函数：在LabVIEW中有常用的计算函数，在本设计中需用到的是乘法和除法，用来实现的计算。路径为Functions---Numerice---Multiply、Functions---Numerice---Divide，示意图4根据计算公式，把延迟时间乘以声速，再除以二即可得到漏点对应于两传感器中点的位置。

声波的速度c与温度T有关。如果环境温度变化显著，则必须考虑温度补偿问题。空气中声速与温度的关系可表示为：c≈331.4+0.6T（m/s）

3 结果显示

为了使本系统使用方便直观，在本设计的前面板中设计了三个数值型控件用来显示最大相关值，最大值的延迟时间及漏点的位置，三个图形型控件（Waveform Graph波形图）分别用来显示X（t），Y，Rxy（t）的波形。其路径为Controls---Numeric--- Numeric Indicator， Controls---Graph---Waveform Chart。

4 AT89C51与上位PC机的通讯

MAX232芯片引脚图与MAX232芯片的典型工作电路图如图5、图6所示。

现从MAX232芯片中两路发送接受中任选一路作为接口。T1接单片机的发送端TXD，则PC机的RS-232的接收端一定要对应接TI输出引脚。同时R1输出接单片机的RXD引脚，PC级的RS-232的发送端TXD对应接R1输入引脚。

参考文献

[1]徐苓安编著.相关流量测量技术[M].天津大学出版社，1988.

[2]徐秉铮，欧阳景正著.信号分析与相关技术[M].科学出版社，1981.

[3]杨乐平，等.Labview程序设计与应用[M].电子工业出版社，2004，7.

[4]邓焱，王磊.Labview7.1测试技术与仪器应用[M].北京：机械工业出版社，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.