艦船鹵代烷滅火系統(tǒng)儲(chǔ)液瓶液位超聲波檢測(cè)技術(shù)

邱金水 易祥烈 劉伯運(yùn) 田奕洋

海軍工程大學(xué)船舶與動(dòng)力學(xué)院，湖北武漢 430033

艦船鹵代烷滅火系統(tǒng)儲(chǔ)液瓶液位超聲波檢測(cè)技術(shù)

邱金水 易祥烈 劉伯運(yùn) 田奕洋

海軍工程大學(xué)船舶與動(dòng)力學(xué)院，湖北武漢 430033

為解決艦船鹵代烷滅火系統(tǒng)儲(chǔ)液瓶液位檢測(cè)的難題，采用超聲波脈沖反射式定點(diǎn)液位測(cè)量法，利用超聲波在液體與氣體介質(zhì)中余振信號(hào)衰減快慢使回波信號(hào)波形的包絡(luò)面積大小不同來界定液位。利用小波分析理論，對(duì)采集的回波信號(hào)進(jìn)行消噪降噪，得到了真實(shí)的信號(hào)。提出了儲(chǔ)液瓶測(cè)點(diǎn)內(nèi)部氣態(tài)與液態(tài)的判據(jù)，通過比對(duì)降噪后氣態(tài)和液態(tài)產(chǎn)生的回波信號(hào)的包絡(luò)面積，可準(zhǔn)確確定液位。

鹵代烷；超聲波；液位檢測(cè)；小波分析；艦船

0 引 言

鹵代烷滅火系統(tǒng)是我國艦船上使用的主要滅火裝備之一，完好有效的鹵代烷滅火系統(tǒng)是艦船在火災(zāi)情況下實(shí)施自救的重要基礎(chǔ)和保障。目前，海軍正在大力提倡視情維修。要實(shí)行定期維修與視情維修相結(jié)合的維修體制，關(guān)鍵就是要大力發(fā)展各種設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)。對(duì)于鹵代烷滅火劑的劑量檢測(cè)，傳統(tǒng)的方法是采用壓力檢測(cè)、拆卸稱重和放射源（鈷60）等測(cè)量方法。壓力檢測(cè)通常僅適用于氣體滅火劑的劑量檢測(cè)，對(duì)于存在部分液化滅火劑的劑量檢測(cè)，通常僅是在充填滅火劑時(shí)進(jìn)行的經(jīng)驗(yàn)性估算，或者用于判斷是否存在滅火劑的泄露，且估算結(jié)果不準(zhǔn)確。稱重法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且在拆卸過程中容易造成裝備的損壞和滅火劑的泄漏。放射源法使用的發(fā)射源（鈷60）對(duì)人體和環(huán)境有放射性的傷害，不適合艦船的使用環(huán)境。鹵代烷滅火系統(tǒng)中，滅火劑儲(chǔ)液瓶屬于一種典型的帶壓儲(chǔ)液瓶，是常壓下為氣體加壓液化后的儲(chǔ)劑，液位檢測(cè)較困難。由于儲(chǔ)液瓶具有的非平面周界和帶壓儲(chǔ)存等特殊結(jié)構(gòu)方式，如需進(jìn)行無損檢測(cè)，利用超聲波檢測(cè)會(huì)比較適合。隨著超聲波檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，目前，國內(nèi)外已有相關(guān)的超聲液位檢測(cè)儀面世，但適合艦船滅火系統(tǒng)儲(chǔ)液瓶液位檢測(cè)的不多，可見研究解決艦船帶壓儲(chǔ)液瓶中液位檢測(cè)的難題意義重大。

目前，對(duì)于密閉容器采用超聲波測(cè)量液位的方法有很多，既有聲波阻斷式和脈沖回波法等連續(xù)液位測(cè)量方法，也有連續(xù)波穿透式、脈沖反射式和脈沖穿透式等定點(diǎn)液位測(cè)量方法。

對(duì)于脈沖反射式超聲波液位計(jì)，Allison［1］利用示波器輔助，對(duì)A-6型攻擊戰(zhàn)斗機(jī)起降架的液壓油貯油缸油位進(jìn)行了超聲波檢測(cè)，根據(jù)聲阻抗區(qū)別，氣體介質(zhì)的回波衰減較慢，回波信號(hào)顯示為振幅大，而液體的聲阻抗則較大，回波衰減快，回波信號(hào)顯示為振幅小。Petrauskas［2］從理論上分析了溫度對(duì)測(cè)量精度的影響，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；馬志敏等［3-4］采用的是脈沖反射式定點(diǎn)法，與Allison的工作有異曲同工之妙。利用上述幾種測(cè)量方法對(duì)低壓容器或常壓容器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，效果比較明顯，測(cè)量也很準(zhǔn)確，但在對(duì)較高壓力容器內(nèi)處于液化或氣液兩種狀態(tài)滅火劑的液位進(jìn)行測(cè)量時(shí)，液面上、下的回波信號(hào)區(qū)別卻很小，不能準(zhǔn)確確定液面位置，無法進(jìn)行定位。因此，利用該方法進(jìn)行液面定位不具有一般性，對(duì)大多數(shù)的容器無法進(jìn)行測(cè)量。本文基于脈沖反射式定點(diǎn)法，將重點(diǎn)解決帶壓液化狀態(tài)的滅火劑液位測(cè)量的難題。

1 脈沖反射式液位測(cè)量法的原理及理論分析

脈沖反射式液位測(cè)量法的主要測(cè)量原理是通過測(cè)量并比較超聲回波信號(hào)的大小及衰減快慢來判斷在測(cè)點(diǎn)附近的儲(chǔ)液罐內(nèi)部是液體還是氣體，而回波在本質(zhì)上將主要是超聲波在容器中多次透射與反射所形成的余振波。影響余振波衰減的主要因素有兩個(gè)：一個(gè)是聲波在容器壁內(nèi)的傳輸衰減，顯然它只與容器壁材料的聲衰減特性有關(guān)。在入射波的頻率及容器壁的材料和厚度確定后，它也是確定的，與容器內(nèi)部的介質(zhì)無關(guān)；另一個(gè)是容器內(nèi)部的介質(zhì)，它決定了容器壁內(nèi)界面聲波的透射衰減大小。很顯然，容器壁與內(nèi)部介質(zhì)分界面上的透射作用越強(qiáng)，余振信號(hào)的透射衰減便越快，余振波的持續(xù)時(shí)間也就越短。反之，分界面上的透射作用越小，余振信號(hào)的透射衰減便越慢，余振的持續(xù)時(shí)間也就越長。

經(jīng)查詢資料［5］并進(jìn)行計(jì)算，得到耦合劑（甘油）、鋼壁和水的聲阻抗值分別為：z0=2.43×106kg/（m2·s），z1=4.5×106kg/（m2·s），z2=1.5×106kg/（m2·s），空氣密度ρ=1.29kg/m3，其聲速為334 m/s，那么，空氣的聲阻抗值便為 z3=ρc=430 kg/（m2·s）（對(duì)于常壓下的計(jì)算結(jié)果，在高壓下會(huì)更大，但其阻抗值仍然相對(duì)較小）。聲壓與聲能的透射系數(shù)計(jì)算公式如下：

聲壓的透射系數(shù)：

聲能的透射系數(shù)：

式中，z1為容器壁的聲阻抗 ρ1c1；z2為入射點(diǎn)處容器內(nèi)部介質(zhì)的聲阻抗 ρ2c2。由于耦合劑的厚度很薄，故超聲脈沖在耦合劑中的衰減可以忽略不計(jì)。由于超聲波在鋼壁中傳播時(shí)其衰減過大，會(huì)直接影響到測(cè)量精度，因此在測(cè)量時(shí)，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)念l率、強(qiáng)度以及增益以進(jìn)行匹配。對(duì)于特定的鋼瓶材質(zhì)，包括材料、壁厚和直徑等，都有其最佳的測(cè)量頻率、強(qiáng)度以及增益，目前，這些參數(shù)都只能通過實(shí)驗(yàn)得到。因此，在進(jìn)行理論計(jì)算時(shí)，僅考慮超聲波從鋼壁內(nèi)側(cè)到容器存放介質(zhì)的衰減過程。

據(jù)此，便可求得液體介質(zhì)中聲能的透射系數(shù)約為T＝0.75，有將近75%的能量透入到了容器內(nèi)部的液體介質(zhì)中。若為空氣介質(zhì)，相應(yīng)的聲能透射系數(shù)約為 T ＝ 3.82×10-4，即每次從容器壁透射到容器內(nèi)部氣相介質(zhì)的能量小于0.038 2%。

所以，當(dāng)聲波入射點(diǎn)處容器內(nèi)部介質(zhì)為液態(tài)時(shí)，由于透射作用強(qiáng)，容器內(nèi)的超聲余振信號(hào)衰減會(huì)較快，余振信號(hào)持續(xù)時(shí)間短。反之，當(dāng)聲波入射點(diǎn)處容器內(nèi)部介質(zhì)為氣相時(shí)，由于其透射作用弱，壁內(nèi)的超聲余振信號(hào)衰減會(huì)較慢，余振持續(xù)時(shí)間長。

但當(dāng)容器內(nèi)為高壓液化狀態(tài)的滅火劑時(shí)，情況就大不一樣了。例如，在對(duì)1301滅火系統(tǒng)儲(chǔ)液瓶進(jìn)行超聲液位測(cè)量時(shí)，容器內(nèi)的上部為高壓的1301氣體，下部為1301液體，其性質(zhì)如表1所示?，F(xiàn)將對(duì)其進(jìn)行理論計(jì)算和分析。同樣，耦合劑（甘油）和鋼壁的聲阻抗分別為 z0=2.43×106kg/（m2·s），z1=4.5×106kg/（m2·s）；液體1301在25℃時(shí)的密度為 ρ=1.57×103kg/m3，氣體1301在25℃時(shí)的臨界密度為 ρ=0.745×103kg/m3；液態(tài)1301的聲阻抗約為z2=1.9×106kg/（m2·s），對(duì)應(yīng)的聲能投射系數(shù)為24.5%，氣態(tài)1301的聲阻抗約為z2=1.1×106kg/（m2·s），對(duì)應(yīng)的聲能透射系數(shù)為21.5%。以此數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬計(jì)算。雖然從理論上可以分辨在測(cè)點(diǎn)位置容器內(nèi)是液態(tài)還是氣態(tài)，但在實(shí)測(cè)時(shí)，噪音的干擾導(dǎo)致根本無法準(zhǔn)確測(cè)量。因此，在對(duì)高壓液化氣體的液位進(jìn)行測(cè)量時(shí)，其關(guān)鍵在于如何有效地降噪與消噪。

表1 1301滅火劑的物理特性Tab.1 The physic features of the 1301 halon fire extinguishing agent

另外，由表1可以看出1301的液態(tài)臨界溫度為67℃［6］，亦即表明，在 67℃時(shí)，儲(chǔ)液罐內(nèi)就不存在液態(tài)的1301了，因而也就沒有進(jìn)行液位檢測(cè)的必要。如若罐內(nèi)只有氣體，可通過壓力檢測(cè)和理想氣體狀態(tài)方程來估算1301滅火劑的劑量。在凝固點(diǎn)至液態(tài)臨界溫度這個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)，溫度對(duì)劑量檢測(cè)有一定的影響，液位的高低與1301滅火劑的劑量并非完全是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。在裝有相同劑量的儲(chǔ)液罐內(nèi)，隨著溫度的上升，液面高度亦有小幅上升。因此，有必要對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)校正。

實(shí)驗(yàn)對(duì)象為70 L的標(biāo)準(zhǔn)1301儲(chǔ)液罐，直徑280 mm，鋼瓶厚6.3 mm，徑厚比為45。分別對(duì)劑量為40，50，60，70 kg的儲(chǔ)液罐在不同溫度下進(jìn)行液位測(cè)量，其結(jié)果如表2所示，此表可作為溫度與劑量的校正表。

2 基于小波分析的消噪降噪信號(hào)處理

通常選擇濾波消噪的方法來消除信號(hào)的噪聲。濾波器是使信號(hào)的一部分頻率通過，而使另外一部分頻率通過很少的系統(tǒng)。在利用超聲波檢測(cè)液位時(shí)，有用信號(hào)表現(xiàn)為低頻信號(hào)和一些較為平穩(wěn)的信號(hào)，而噪聲信號(hào)則表現(xiàn)為高頻信號(hào)，這為利用小波分析進(jìn)行消噪提供了前提條件。

表2 容積為70 L的1301滅火劑儲(chǔ)液罐液位溫度校正表Tab.2 Liquid level adjustment table for 70 L halon cylinder

小波變換的概念最初由法國從事石油信號(hào)處理的工程師Morlet于1974年提出。小波變化的出發(fā)點(diǎn)是一個(gè)基本小波（母小波）通過伸縮和平移，得到一組形狀相似的小波，稱之為子小波或小波基函數(shù)。利用小波多尺度分解的特性，可以更方便、快捷地實(shí)現(xiàn)濾波。一個(gè)含有噪聲的一維信號(hào)模型可表示如下：

式中，f(t)為真實(shí)信號(hào)；e(t)為噪聲；S(t)為含噪聲的信號(hào)。在對(duì)信號(hào)進(jìn)行小波分解時(shí)，含噪聲的部分主要包含在高頻系數(shù)中。因此，可以應(yīng)用門限閾值等形式來對(duì)小波系數(shù)進(jìn)行處理，然后再通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)來達(dá)到消噪的目的。對(duì)信號(hào)S(t)消噪的目的就是要抑制信號(hào)中的噪聲部分，從而從S(t)中恢復(fù)出真實(shí)信號(hào) f(t)。

利用小波除噪的步驟如下［7-9］：

1）對(duì)含噪信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，以便后續(xù)處理。

2）對(duì)信號(hào)進(jìn)行小波分解。選擇一個(gè)小波并確定一個(gè)分解層次N，然后對(duì)信號(hào)S進(jìn)行N層分解。

3）小波分解高頻系數(shù)的閾值量化。對(duì)第1～N層的每一層高頻系數(shù)選擇一個(gè)閾值進(jìn)行軟閾值或硬閾值量化處理。

4）小波的重構(gòu)。

根據(jù)小波分解，對(duì)第N層系數(shù)和經(jīng)過量化處理后的第1～N層的高頻系數(shù)進(jìn)行一維信號(hào)重構(gòu)［10］，信號(hào)處理過程如圖1和圖2所示。其中，縱坐標(biāo)為信號(hào)的幅值，橫坐標(biāo)為數(shù)據(jù)離散采集后的序列號(hào)。

另外，在探頭周圍加裝了一圓形帶孔的磁鐵，超聲探頭置于其中。這樣，探頭便可吸附在鋼瓶外壁，不僅能減少人為測(cè)量誤差，而且由于超聲波是電流信號(hào)，在磁場(chǎng)的作用下，還可加強(qiáng)其集中度，使其不至于擴(kuò)散，這對(duì)減少誤差也有益。

圖1 采樣信號(hào)（a）及小波分解3個(gè)層次上的低頻信號(hào)（b）Fig.1 Originally sampled signal（a）and the three level low-frequency signal after wavelet analysis（b）

圖2 小波分解3個(gè)層次上的高頻信號(hào)（a）及重構(gòu)后的波形（b）Fig.2 The three level high-frequency signal after wavelet analysis（a）and the reconstructed signal（b）

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析

對(duì)于有氣、液兩種狀態(tài)的情況，采集到的容器瓶壁中余振信號(hào)的衰減波形有一定的差別。為了放大氣、液回波間的區(qū)別，通常情況下，可通過計(jì)算回波信號(hào)曲線的包絡(luò)面積來判定測(cè)點(diǎn)有無液體。

當(dāng)瓶壁內(nèi)側(cè)有液體時(shí)，每一次振蕩透射到液體中的能量會(huì)大一些，因此，采集的余振信號(hào)衰減會(huì)較快，形成的包絡(luò)面積較小。反之，當(dāng)瓶壁內(nèi)側(cè)為氣態(tài)介質(zhì)時(shí)，每一次振蕩透射到氣體中的能量會(huì)較小，采集的余振信號(hào)衰減會(huì)較慢，形成的包絡(luò)面積較大。

在進(jìn)行檢測(cè)實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，測(cè)量的可行性和準(zhǔn)確度與鋼瓶的徑厚比（直徑與壁厚之比）有直接關(guān)系，一般情況下，徑厚比越大，越容易得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。對(duì)特定徑厚比的鋼瓶進(jìn)行超聲液位測(cè)量時(shí)的最佳超聲波頻率及重復(fù)頻率選擇，通常都只能通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得，對(duì)此，田金云等［11］已做過相關(guān)論述。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，可得到以下原則：

1）頻率選擇應(yīng)考慮超聲波在鋼瓶壁的行程，其行程應(yīng)剛好是超聲波半個(gè)波長的整數(shù)倍，這樣，回波信號(hào)才不會(huì)出現(xiàn)過度疊加，信號(hào)會(huì)更明顯；

2）在壁厚增加時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加大增益，以補(bǔ)償超聲波在鋼瓶壁的能量損失［12］；

3）若鋼瓶材質(zhì)的聲阻抗過大，應(yīng)考慮適當(dāng)增大超聲波頻率，頻率越高，超聲波的指向性便越大，能量也越大；

4）檢測(cè)時(shí)，也應(yīng)考慮鋼瓶的曲率。因?yàn)閷?duì)中問題，曲率越大的鋼瓶其測(cè)量難度也越大，因此在測(cè)量時(shí)，可考慮適當(dāng)調(diào)整探頭位置以找到一個(gè)最大的回波信號(hào)。

根據(jù)超聲波測(cè)液位的原理，硬件平臺(tái)以信號(hào)調(diào)理板和PCI信號(hào)采集板為核心，外加信號(hào)連接線及探頭；軟件以Visual Basic為平臺(tái)，結(jié)合Matlab小波分析工具箱進(jìn)行混合編程及信號(hào)處理。實(shí)驗(yàn)對(duì)象為艦船上1301滅火系統(tǒng)的容積為40 L的儲(chǔ)液鋼瓶，其壁厚為 5.8 mm，直徑 219 mm，徑厚比37.8；探頭頻率為 1.25 MHz，超聲波波形為連續(xù) 5個(gè)周期的正弦波，重復(fù)頻率為0.5 kHz，增益為25倍。探頭位置及儲(chǔ)液瓶測(cè)試方法如圖3所示，其中左圖中的Z1為發(fā)射波，Z2為回波。在此種實(shí)驗(yàn)條件下，可得到較為滿意的測(cè)量效果（圖4）。

圖3 脈沖反射式定點(diǎn)法示意圖Fig.3 Sketch of the fixed positional pulse detecting method

圖4 氣（a）、液（b）兩態(tài)的衰減余振信號(hào)的包絡(luò)面積Fig.4 Figures that show the areas of the remnant wave after the ultrasonic traversed through into the container wall where there is gas（a）or liquid（b）

由于發(fā)射波的前幾個(gè)波在瓶壁中振蕩時(shí)，后幾個(gè)波形仍然在第1個(gè)界面發(fā)生反射現(xiàn)象，其采樣數(shù)據(jù)是前期發(fā)射波的振蕩信號(hào)與后發(fā)射波形的反射信號(hào)的數(shù)據(jù)疊加，不能反映因液位差異而不同的超聲余振信號(hào)模型。因此，在發(fā)射的連續(xù)脈沖信號(hào)結(jié)束時(shí)，應(yīng)對(duì)瓶壁中超聲余振信號(hào)的衰減過程進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣。確認(rèn)了超聲余振信號(hào)采樣數(shù)據(jù)的起點(diǎn)后，便可根據(jù)余振信號(hào)衰減過程的差別來區(qū)分液位的高低。如上圖所示，其第100個(gè)信號(hào)序列之后的才是真正的余振信號(hào)。

為了讓計(jì)算機(jī)能自動(dòng)判斷，可設(shè)定閾值，并將計(jì)算的包絡(luò)面積與閾值進(jìn)行比較，若包絡(luò)面積大于閾值面積，則表示檢測(cè)點(diǎn)處對(duì)應(yīng)瓶內(nèi)的是氣體；若包絡(luò)面積小于閾值面積，則表示檢測(cè)點(diǎn)處對(duì)應(yīng)瓶內(nèi)的是液體。逐步收攏測(cè)點(diǎn)位置，最終的臨界點(diǎn)即為瓶內(nèi)的氣、液分界點(diǎn)，即滅火劑的液面位置。閾值的設(shè)定方法如下：

1）針對(duì)不同儲(chǔ)液瓶的不同狀態(tài)測(cè)n組數(shù)據(jù)，計(jì)算面積，記氣態(tài)包絡(luò)面積為A，液態(tài)包絡(luò)面積為B；

2）閾 值 C 取 為 C＝（1.4～1.5）B，且 滿 足 C＜（0.8～0.9）A；

3）通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量，得到不同規(guī)格儲(chǔ)液瓶相應(yīng)的閾值。

由圖4所示的1301滅火劑儲(chǔ)液瓶的液、氣兩態(tài)衰減余振信號(hào)的包絡(luò)面積，得A＝60 921，B＝28 300，則其取值范圍應(yīng)為［45 000，48 000］。閾值設(shè)定后，每測(cè)定一次，就對(duì)采集信號(hào)實(shí)時(shí)進(jìn)行處理、計(jì)算和比較，以得出瓶內(nèi)的液、氣狀態(tài)。

4 結(jié) 語

本文針對(duì)艦船滅火系統(tǒng)中鹵代烷滅火劑儲(chǔ)液瓶液位檢測(cè)難的問題，根據(jù)滅火劑的物理特性，通過超聲波理論與實(shí)驗(yàn)，分析了滅火劑超聲液位檢測(cè)的規(guī)律。通過利用小波分析理論，對(duì)采集的回波信號(hào)進(jìn)行了消噪降噪，并提出了液面位置的判據(jù)，解決了帶壓儲(chǔ)液瓶超聲波液位檢測(cè)的難題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)艦船鹵代烷滅火系統(tǒng)滅火劑劑量檢測(cè)的無損檢測(cè)。

［1］ALLISON S G.Ultrasonic measurement of aircraft strut hydraulic fluid level，SAE-02WAC-19［R］.NASA Langley Research Center，2002.

［2］PETRAUSKAS A.Non-invasive ultrasonic level measurement technology［J］.Ultraharmonics，2006，61（4）：29-33.

［3］馬志敏，趙小紅，魯立中.容器壁中超聲余振信號(hào)的透射衰減特性及其應(yīng)用［J］.聲學(xué)技術(shù)，2003，22（4）：233-235.

MA Z M，ZHAO X H，LU L Z.Analysis of attenuation characteristics of residual ultrasonic waves in container wall and its application［J］.Technical Acoustics，2003，22（4）：233-235.

［4］馬志敏，郝毫毫，魯立中.超聲波壁外透射衰減式定點(diǎn)液位測(cè)量方法研究［J］.儀表技術(shù)與傳感器，2003（9）：45-46，49.

MA Z M，HAO H H，LU L Z.Study on the method of measuring fixed-point liquid level based on ultrasonic penetrative attenuation in the wall of containers［J］.Instrument Technique and Sensor，2003（9）：45-46，49.

［5］陜?cè)屏?密閉容器內(nèi)液體液位超聲測(cè)量技術(shù)的研究［D］.太原：中北大學(xué)，2008.

［6］下村孝次.“哈龍”1301高速滅火系統(tǒng)［J］.王寶娣，譯.機(jī)電設(shè)備，1986（1）：14-20.

［7］ 崔志超，阮礽忠，徐華勇，等.基于小波分析的船舶同步發(fā)電機(jī)定子繞組故障在線診斷仿真研究［J］.中國艦船研究，2011，6（2）：69-72，92.

CUI Z C，RUAN R Z，XU H Y，et al.Online fault diagnosis simulation of stator winding of marine synchronous generator based on wavelet analysis［J］.Chinese Journal of Ship Research，2011，6（2）：69-72，92.

［8］ 徐長發(fā)，李國寬.實(shí)用小波方法［M］.第3版.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2009.

［9］易雄.基于小波分析的機(jī)械故障特征提取與診斷技術(shù)研究［D］.浙江：浙江工業(yè)大學(xué)，2009.

［10］蘇金明，黃國明，劉波.MATLAB與外部程序接口［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2004.

［11］田金云，王衛(wèi)東，張成聯(lián)，等.超聲換能器的頻率選擇實(shí)驗(yàn)研究［J］.煤炭技術(shù)，2010，29（1）：43-45.

TIAN J Y，WAND W D，ZHANG C L，et al.Experiment study of frequency selection for ultrasonic transducer［J］.Coal Technology，2010，29（1）：43-45。

［12］劉誠午.非侵入式超聲物位檢測(cè)方法的實(shí)驗(yàn)研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2006.

An Ultrasonic Liquid Level Detecting Technology for Liquid Cylinders in Ship Halon Fire-Extinguishing Systems

QIU Jin-shui YI Xiang-lie LIU Bo-yun TIAN Yi-yang
College of Naval Architecture and Power，Naval Univ.of Engineering，Wuhan 430033，China

This paper presented a fixed-point liquid level measuring method using ultrasonic pulse reflection to detect the dose of warship halon fire-extinguishing systems.When ultrasonic wave travels through the gaseous medium and liquid medium，the attenuation rate of the remnant ultrasonic signal was found to be distinct，which was reflected by the different envelope area of the return remnant signal.In this way，the liquid level could be easily defined.Firstly，the

return signal was de-noised using the wavelet analysis theory，and the resulted low-frequency signal was reconstructed into a more realistic signal.Next，a threshold was proposed to judge whether the medium at the detecting point is gaseous or liquid.Finally，the envelope area of the remnant wave signal was examined and compared with the threshold，through which the liquid level can be precisely determined.Generally，all liquid level measuring problems in gas containers with pressure systems similar to fire extinguishing agents 1301，which are widely adopted as marine fire extinguishers，could be easily solved by this method.

halon；ultrasonic；liquid level；wavelet analysis；ship

U664.88

A

1673－3185（2012）05－113－06

10 .3969/j.issn .1673－3185 .2012 .05 .020

2011－12－31

國家部委基金資助項(xiàng)目

邱金水（1963－），男，教授。研究方向：艦船消防技術(shù)與工程。E-mail：qiujinshui205＠163.com

易祥烈（1982－），男，博士研究生。研究方向：艦船消防技術(shù)與工程。E-mail：yxljht＠126.com

邱金水。

盧圣芳］