本發(fā)明專利技術(shù)涉及水聲信號檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種改進(jìn)型管道聲納濕端處理裝置，主要由換能器、導(dǎo)電滑環(huán)及步進(jìn)電機(jī)、接收預(yù)處理電路、處理電路及發(fā)射電路五部分組成；所述處理電路依次與所述接收預(yù)處理電路、所述導(dǎo)電滑環(huán)及步進(jìn)電機(jī)、所述換能器相連，所述處理電路依次與所述發(fā)射電路和所述導(dǎo)電滑環(huán)及步進(jìn)電機(jī)相連，所述處理電路將處理后的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)與顯控設(shè)備的交付。本發(fā)明專利技術(shù)可用于水聲領(lǐng)域中管道聲納的多通道并行工作，相比傳統(tǒng)的管道聲納，能夠提高管道聲納的處理效率和管道檢測效率。率。率。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種改進(jìn)型管道聲納濕端處理裝置
[0001]本專利技術(shù)涉及水聲信號檢測
，特別涉及一種改進(jìn)型管道聲納濕端處理裝置。
技術(shù)介紹
[0002]1、傳統(tǒng)技術(shù)的基本情況：
[0003]目前國內(nèi)外技術(shù)對地下管網(wǎng)無水狀態(tài)下的檢測手段較為成熟(CCTV：排水管道狀況的閉路電視)，而對多水以及滿水工況下的檢測手段則十分匱乏。傳統(tǒng)的封堵
?
抽水
?
清淤
?
檢測方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且存在人員下井安全隱患，急需采用先進(jìn)的技術(shù)手段進(jìn)行替代。雨污管道管徑多在400mm至1200mm之間，雨水管和污水管內(nèi)環(huán)境略有差別。雨水管內(nèi)水質(zhì)較清但懸浮物很多，漂浮物較為單一如樹枝樹葉等；污水管內(nèi)多為黑臭水體，漂浮物多樣：塑料制品、鋼絲球、等生活垃圾，氣味濃烈，有害氣體如硫化氫等。需要檢測管道內(nèi)破裂、變形、錯(cuò)口、起伏、脫節(jié)、支管暗接、淤積、異物插入等結(jié)構(gòu)性缺陷。
[0004]在滿水工況下攝像頭等光學(xué)設(shè)備受限嚴(yán)重，最佳的探測方式是采用聲納進(jìn)行探測。現(xiàn)有的聲納檢測技術(shù)通常采用單波束機(jī)械式環(huán)掃聲納(管線聲納)，只能掃描管道的截面，掃描速率慢，且只能檢測變形、淤積、支管暗接。其他缺陷(如裂縫)因?yàn)榉直媛侍秃蛯?shí)際操作太困難而無法辨出或極難辨出。此外，單波束聲納的檢測效率較低(機(jī)械式轉(zhuǎn)動(dòng)掃描，圖像需重構(gòu))。
[0005]2、傳統(tǒng)技術(shù)存在的缺點(diǎn)：
[0006]傳統(tǒng)的管道聲納要存在以下幾個(gè)方面的缺點(diǎn)：
[0007](1)測量效率低、耗時(shí)長：傳統(tǒng)的管道聲納主要是單波束機(jī)械式環(huán)掃聲納。其工作原理主要是通過設(shè)備內(nèi)置的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)控制單通道換能器實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一圈，實(shí)現(xiàn)對管網(wǎng)一周的信號收集，這種工作方式受制于聲納回波傳輸時(shí)間及處理時(shí)間限制。導(dǎo)致電機(jī)不能轉(zhuǎn)速過快，管網(wǎng)檢測水下機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)速度也不能過快，否則將導(dǎo)致管網(wǎng)檢測圖像丟幀現(xiàn)象。
[0008](2)分辨率低：受限于聲納工作頻率限制，傳統(tǒng)管道聲納的工作中心頻率不大于2.5MHz,其水平及垂直開角分辨率也在1.5
°
以上。
[0009]本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題主要是有以下幾個(gè)方面：
[0010](1)提高管道聲納測檢測效率，加快管道聲納對城市管網(wǎng)的排查效率。
[0011](2)提高管道聲納的分辨率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[0012]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)公開一種改進(jìn)型管道聲納濕端處理裝置及其結(jié)構(gòu)，本專利技術(shù)可用于水聲領(lǐng)域中管道聲納的多通道并行工作，相比傳統(tǒng)的管道聲納，能夠提高管道聲納的處理效率和管道檢測效率。
[0013]本專利技術(shù)通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0014]一種改進(jìn)型管道聲納濕端處理裝置，主要由換能器、導(dǎo)電滑環(huán)及步進(jìn)電機(jī)、接收預(yù)
處理電路、處理電路及發(fā)射電路五部分組成；所述處理電路依次與所述接收預(yù)處理電路、所述導(dǎo)電滑環(huán)及步進(jìn)電機(jī)、所述換能器相連，所述處理電路依次與所述發(fā)射電路和所述導(dǎo)電滑環(huán)及步進(jìn)電機(jī)相連，所述處理電路將處理后的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)與顯控設(shè)備的交付。
[0015]優(yōu)選的，所述換能器的殼體橫截面呈正六邊形結(jié)構(gòu)設(shè)置，在所述換能器的殼體周向面上均勻布設(shè)有六個(gè)換能器探頭，所述換能器探頭由所述步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，在1分鐘內(nèi)旋轉(zhuǎn)60圈以上。
[0016]優(yōu)選的，所述導(dǎo)電滑環(huán)的作用用于傳輸電信號，同時(shí)其連接處相對旋轉(zhuǎn)還能傳電，電線不會纏繞，通過所述導(dǎo)電滑環(huán)的定子端連接所述步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成固定部分，轉(zhuǎn)子端驅(qū)動(dòng)布設(shè)六個(gè)換能器探頭的換能器。
[0017]優(yōu)選的，所述導(dǎo)電滑環(huán)采用訂制方式，設(shè)計(jì)有七道線圈。
[0018]優(yōu)選的，所述步進(jìn)電機(jī)具有大扭矩，低溫升，采用數(shù)控繞線，一致性高，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用圓形設(shè)計(jì)。
[0019]優(yōu)選的，所述接收預(yù)處理電路主要由以下三部分組成：
[0020]固定放大電路，選用AD8222雙通道、高性能儀表放大器，實(shí)現(xiàn)前級阻抗匹配與固定增益放大，增益設(shè)置為10～20dB，AD8222采用小型4mm
×
4mmLFCSP封裝；
[0021]壓控放大電路，選用TI公司的具有低噪聲前置放大器的8通道、超低功耗可變增益放大器VCA8500芯片；
[0022]本振電路，選用ADI公司的專用DDS芯片AD9834實(shí)現(xiàn)本震頻率的生成。
[0023]優(yōu)選的，所述VCA8500芯片內(nèi)置一個(gè)固定前放電路、可編程衰減電路以及可編程增益放大電路，實(shí)現(xiàn)46dB的動(dòng)態(tài)增益控制。
[0024]優(yōu)選的，所述本振電路工作時(shí)，通過單片機(jī)配置生成固定頻率6MHz與接收端信號進(jìn)行混頻，再經(jīng)過低通濾波器實(shí)現(xiàn)低頻端的I路信號、Q路信號，再經(jīng)過單片機(jī)的內(nèi)置ADC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集；混頻器選用Signetics公司的NE602型混頻器，低通濾波器的截止頻率設(shè)置為200kHz，通過運(yùn)算放大器搭建低通濾波器實(shí)現(xiàn)信號低通濾波。
[0025]優(yōu)選的，所述處理電路是以FPGA、MCU作為控制核心，所述FPGA選用Xilinx公司的Artix7系列的XC7A100TCSG款FPGA芯片，所述MCU選用意法半導(dǎo)體的STM32F407款單片機(jī)。
[0026]優(yōu)選的，所述發(fā)射電路由以下三部分組成：
[0027]發(fā)射激勵(lì)信號生成電路，用于實(shí)現(xiàn)原始所需要的工作頻率、工作脈寬、工作帶寬；
[0028]功率放大電路，用于實(shí)現(xiàn)對發(fā)射激勵(lì)信號由數(shù)字PWM信號轉(zhuǎn)變成模擬信號，再實(shí)現(xiàn)功率放大轉(zhuǎn)成高壓信號；
[0029]匹配電路，用于實(shí)現(xiàn)發(fā)射電路與換能器之間的容抗、感抗的匹配，確保發(fā)射波形不失真。
[0030]本專利技術(shù)具有以下有益效果：
[0031](1)改進(jìn)型管道聲納在濕端設(shè)計(jì)上采用在圓面上等角度均勻分6個(gè)分換能器同，在其他條件不變的條件下，理論上可提高6倍檢測效率。
[0032](2)優(yōu)化改進(jìn)型管道聲納濕端處理系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)，提高聲納工作頻率到6MHz，實(shí)現(xiàn)改進(jìn)型管道聲納的水平及垂直開角分辨率為0.8
°
，相比傳統(tǒng)的管道聲納提高一倍的分辨率。
附圖說明
[0033]為了更清楚地說明本專利技術(shù)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術(shù)的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0034]圖1為本專利技術(shù)管道聲納整體功能框圖。
[0035]圖2為本專利技術(shù)導(dǎo)電滑環(huán)工作示意圖。
[0036]圖3為本專利技術(shù)導(dǎo)電滑環(huán)走線示意圖；其中(a)為側(cè)面剖視圖，(b)為側(cè)視圖，(c)為正面剖視圖。
[0037]圖4為本專利技術(shù)AD8222芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。
[0038]圖5為本專利技術(shù)VCA8500芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。
[0039]圖6為本專利技術(shù)處理電路功能框圖。
[0040]圖7為本專利技術(shù)發(fā)射電路功能框圖。
[0041]圖中：1
?
換能器、2
?
導(dǎo)電滑環(huán)及步進(jìn)電機(jī)、3
?本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種改進(jìn)型管道聲納濕端處理裝置，其特征在于，主要由換能器、導(dǎo)電滑環(huán)及步進(jìn)電機(jī)、接收預(yù)處理電路、處理電路及發(fā)射電路五部分組成；所述處理電路依次與所述接收預(yù)處理電路、所述導(dǎo)電滑環(huán)及步進(jìn)電機(jī)、所述換能器相連，所述處理電路依次與所述發(fā)射電路和所述導(dǎo)電滑環(huán)及步進(jìn)電機(jī)相連，所述處理電路將處理后的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)與顯控設(shè)備的交付。2.如權(quán)利要求1所述的一種改進(jìn)型管道聲納濕端處理裝置，其特征在于，所述換能器的殼體橫截面呈正六邊形結(jié)構(gòu)設(shè)置，在所述換能器的殼體周向面上均勻布設(shè)有六個(gè)換能器探頭，所述換能器探頭由所述步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，在1分鐘內(nèi)旋轉(zhuǎn)60圈以上。3.如權(quán)利要求1所述的一種改進(jìn)型管道聲納濕端處理裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電滑環(huán)的作用用于傳輸電信號，同時(shí)其連接處相對旋轉(zhuǎn)還能傳電，電線不會纏繞，通過所述導(dǎo)電滑環(huán)的定子端連接所述步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成固定部分，轉(zhuǎn)子端驅(qū)動(dòng)布設(shè)六個(gè)換能器探頭的換能器。4.如權(quán)利要求3所述的一種改進(jìn)型管道聲納濕端處理裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電滑環(huán)采用訂制方式，設(shè)計(jì)有七道線圈。5.如權(quán)利要求3所述的一種改進(jìn)型管道聲納濕端處理裝置，其特征在于，所述步進(jìn)電機(jī)具有大扭矩，低溫升，采用數(shù)控繞線，一致性高，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用圓形設(shè)計(jì)。6.如權(quán)利要求1所述的一種改進(jìn)型管道聲納濕端處理裝置，其特征在于，所述接收預(yù)處理電路主要由以下三部分組成：固定放大電路，選用AD8222雙通道、高性能儀表放大器，實(shí)現(xiàn)前級阻抗匹配與固定增益放大，增益設(shè)置為10～20dB，AD8222采用小型4mm
×
4mm LFCS...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊凱強(qiáng)，
申請(專利權(quán))人：海鷹企業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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