基于LabVIEW和NI Vision的红外气体泄漏定位系统

　　1　引言

　　目前对于非管道类被测对象的泄漏定位通常采用传统气泡法、示踪气体逐点检测法、超声波探头定向等方法,这些方法普遍存在着检测效率低、无法在线诊断、精度差等缺点。随着科技的不断进步,企业对于泄漏定位的需求也日益提高,工业生产过程迫切需要一种高效、高精度、能够在线应用的检测手段。

　　基于红外热成像技术的泄漏检测定位系统正是基于上述背景开发完成的。被测对象被充以一定压力的低温压缩空气,根据焦耳汤姆逊效应以及相关传热过程可知,如果被测对象发生泄漏则在漏孔处会产生温度梯度变化。因此在检测过程中,采用红外线热像仪对其温度场进行连续成像,之后利用相应的图像处理技术判断其泄漏状态,并进行泄漏点定位。上述方法有效克服了现有泄漏定位技术需手持逐点探测的缺点,在满足工业在线检测节拍要求的同时保证了测试精度。

　　2　系统设计

　　2. 1　检测回路设计

　　系统选用美国FLIR公司A20m在线式红外热像仪,气动回路如图1所示[2]。为了增大泄漏温差、增强实验现象,回路中设置气体冷却装置。来自气源的气体经过冷却处理后,形成一定压力263~273 K的测试介质,冷却器后端管路外覆绝热材料用于保证气体的低温状态。检测开始时,打开阀8和阀11,经由调速阀12以一定速率向被测对象充气,当压力传感器15检测到容器内压力基本稳定后,关闭阀8打开阀7,将小量程流量计接入,用于实时计算泄漏量。在检测过程中,热像仪连续记录被测工件的红外热像图帧序列。当一个实验周期结束,关闭阀7并切换阀11状态进行排气。

　　实验台控制结构如图2所示,计算机通过研华PCI-1710多功能数据采集卡和PCLD-8710端子板采集流量传感器、压力传感器、温度传感器3路模拟信号,同时输出3路数字信号至各电磁阀,从而控制充放气过程。A20m热像仪通过1394图像采集卡与计算机相连,获得相应配置命令并将采集到的红外图像传输至计算机。

　　2. 2　软件设计

　　系统软件采用美国国家仪器公司的LabVIEW及其通用视觉开发模块NIVision编制。NIVision是NI公司与众多视觉硬件配套的软件开发工具,它将400多种用于图像操作、图像处理、机器视觉、模式识别等功能的模块以及相关函数集成到了LabVIEW环境中,用户可以方便快捷地利用这些模块编写相应的应用程序,这就为后续红外热像图的处理提供了完整的开发平台。软件功能结构如图3所示。

　　软件图像处理部分采用基于动态加载Script节点的MATLAB与LabVIEW混合编程方法进行开发。MATLAB在后台提供大型算法对图像数据进行复杂的分析和处理,实现系统功能,而LabVIEW在前台以图形化方式显示人机接口,软件界面如图4所示。程序分别对充气前后的红外图像进行去噪、非均匀化校正以及对比度增强等预处理,之后利用IMAQ Image-ToArray函数将图像转化为数组,提供给MATLABScript节点使用,热像图泄漏定位算法在MATLABScript节点计算完成后,再通过IMAQ ArrayToImage函数进行输出,并标记泄漏点位置。