一种管渠污水的断面扫描成像声纳装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种管渠污水的断面扫描成像声纳装置，包括发射电路、发射换能器阵列、接收换能器阵列、接收电路、多通道模数转换模块和信号处理及扫描成像输出模块；所述发射电路用于连接到发射换能器阵列以发射阵列扫描信号；发射换能器阵列安装在污水管渠的底部，发射超声波信号；接收换能器阵列安装在污水管渠的顶部，接收发射换能器阵列所发出的声波信号，多通道模数转换模块和信号处理及扫描成像输出模块对接收声信号进行处理后实现断面扫描成像。采用上述技术方案后，本发明专利技术管渠污水的断面扫描成像声纳装置能够对污水管渠中固体垃圾进行断面扫描成像，获取固体垃圾的材质、尺寸等信息从而进行泵站粉碎设备的控制以及时进行处理，维护方便成本低廉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于污水管道监测
，具体来说是一种管渠污水的断面扫描成像声纳装置。
技术介绍
近年来，极端天气导致的城市内涝造成的生命财产损失引起全社会的严重关注。污水管渠排水系统的畅通是避免城市内涝的重要保障，城市污水中含有大量各类建筑垃圾、广告板、护栏、树木等不同材料的固体垃圾严重影响了泵站排水效率，设置在泵站的粉碎格栅对污水管渠中固体垃圾进行及时破碎对保障排水畅通有重要作用。由于城市污水中固体垃圾由大量各类不同材料、不同形状的固体颗粒组成，为适应各种不同情况、不同来源固体垃圾造成的污水排水阻塞以便优化控制粉碎格栅进行相应处理，如，对泡沫、纸板等小尺寸、轻质颗粒，粉碎格栅只需以最小功率运行即可达到粉碎效果，有效疏通堵塞；对于广告板、金属护栏、建筑垃圾、树干等尺寸较大、硬度较高的固体垃圾，粉碎格栅需以大功率全速运行方可达到粉碎效果；特别是对于较大尺寸固体垃圾，由于粉碎机构入口的限制，往往需要人工干预进行排除以保证污水管道疏通。由于城市污水高度浑浊且包含大量家用、化工等液体污物，无法采用光学视觉方法对管渠污水中固体垃圾进行探测，采用传统超声波探测手段可对液体中固体目标有无进行探测，但在狭窄，封闭的污水管渠中进一步检测固体垃圾的尺寸、材质则有极大的困难，因此，目前尚此类可用于对污水中固体垃圾进行扫描成像探测的设备。如：申请号为201320053443.8的中国专利公开了名为“一种城镇污水处理系统”的技术专利，申请号201410136363.8的中国专利公开了名为“一种多功能跟踪采样联动系统“的专利技术专利，这些专利文献虽然提供了一些城市污水处理及监控的技术方案，但并没有针对以上问题提出可行的技术方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种管渠污水的断面扫描成像声纳装置，用于进行污水管渠的断面扫描检测，通过断面扫描成像探测污水中固体垃圾的材质、尺寸控制粉碎格栅以相应的优化模式启动粉碎作业，设置在必要时通过报警引入人工干预，提高泵站粉碎格栅快速、高效处理各类污水阻塞问题的能力。本专利技术的上述目的是通过下列技术方案来实现的：一种管渠污水的断面扫描成像声纳装置，包括发射电路、发射换能器阵列、接收换能器阵列、接收电路、多通道模数转换模块和信号处理及扫描成像输出模块；所述发射电路产生多个具有尖锐相关特性（伪随机码或线性调频类型）的发射信号并连接到发射换能器阵列；发射换能器阵列安装在污水管渠的底部，发射声波信号；接收换能器阵列安装在污水管渠的顶部，接收发射换能器阵列所发出的声波信号，将声波信号转换为阵列扫描信号；接收电路连接接收换能器阵列，将接收换能器阵列的阵列扫描信号经前置放大、增益控制和带通滤波处理后传送至多通道模数转换模块，多通道模数转换模块将经接收电路处理后的信号转换为数字信号；信号处理及扫描成像输出模块通过数据线连接多通道模数转换模块，将多通道模数转换模块所产生的数字信号进行特征提取，显示出污水中固体垃圾的位置和尺寸。所述发射换能器阵列可包括多个发射换能器，接收换能器阵列可包括多个接收换能器。所述发射换能器阵列（优选）包括2个发射换能器，接收换能器阵列（优选）包括10个接收换能器。所述发射换能器和接收换能器选用防水型T/R40-16换能器，其中心频率为40kHz，防水封装。所述接收电路由前置芯片NJM2100组成的前置放大电路、AD603芯片组成的增益控制电路和MAX274芯片组成的40kHz带通滤波电路组成。所述多通道模数转换模块由1394接口和10通道模数采集卡组成，将信号以200ksps的速率进行模数转换，并通过1394接口将转换结果传送至上位机。采用上述技术方案后，本专利技术的有益效果是：1、能够对污水管渠中固体垃圾进行断面扫描成像，获取固体垃圾的材质、尺寸等信息从而进行泵站粉碎设备的控制以及时进行处理；2、为极端天气等突发情况下城市污水的应急监控和处理提供方便、可靠的探测手段；3、利用管渠断面内固体垃圾对收发换能器阵列间声信号直达路径的遮挡效应实现对水质不均匀、狭窄、封闭、水位变化的管渠中固体垃圾位置、尺寸信息的断面扫描检查及图形化监测，避免了采用复杂、昂贵的阵列技术进行目标尺寸探测，维护方便成本低廉。附图说明图1是本专利技术的系统原理图；图2是污水管渠断面扫描成像示意图；图3是发射电路的压控振荡器用升、降斜变脉冲信号产生电路图；图4是发射换能器T1的压控产生升线性调频信号及发射驱动电路图；图5是发射换能器T2的压控产生降线性调频信号及发射驱动电路图；图6是接收电路与PC连接电路图。主要符号说明1、发射电路2、接收电路3、多通道模数转换模块4、信号处理及扫描成像输出模块5、污水管渠。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例：一种管渠污水的断面扫描成像声纳装置，如图1所示，包括发射电路1、发射换能器阵列、接收换能器阵列、接收电路2、多通道模数转换模块3和信号处理及扫描成像输出模块4。发射电路1产生多个具有尖锐相关特性（伪随机码或线性调频类型）的发射信号并连接到发射换能器阵列。发射换能器阵列安装在污水管渠5的底部，发射超声波信号；接收换能器阵列安装在污水管渠5的顶部，接收发射换能器阵列所发出的声信号，将声信号转换为阵列扫描信号。接收电路2连接接收换能器阵列，将接收换能器阵列的阵列扫描信号经前置放大、增益控制和带通滤波处理后传送至多通道模数转换模块3，多通道模数转换模块3将经接收电路2处理后的信号转换为数字信号。信号处理及扫描成像输出模块4通过数据线连接多通道模数转换模块3，将多通道模数转换模块3所产生的数字信号进行特征提取，显示出污水中固体垃圾的位置和尺寸。发射换能器阵列可包括多个发射换能器，接收换能器阵列可包括多个接收换能器。在本实施例中发射换能器和接收换能器选用防水型T/R40-16换能器，其中心频率为40kHz，防水封装。发射换能器阵列优选包括2个发射换能传感器T1、T2，接收换能器阵列优选包括10个接收换能器R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10，如图2所示。接收换能器阵列和发射换能器阵列的传感器数量可根据具体管渠断面监测所需精度进行确定，阵列传感器数量越多则断面内扫描点越多。由于一般管渠污水监测主要目的在于污水排水处理中及时发现较大尺寸固体垃圾，因此无需使用过多的传感器数量来达到高的图像分辨率，这样可有效控制系统成本。安装在污水管渠5底部的发射换能器发射中心频率40kHz、脉宽10ms的线性调频声波脉冲信号，由于本实施例采用2个发射换能器T1,T2，因此可采用升、降线性调频信号进行不同发射信号的区分(如发射换能器多于2个，可采用本领域通用的伪随机码发射信号进行不同发射换能器的接收信号区分)。安装在管渠顶部的接收换能器阵列接收声波信号。本实施例中信号处理及扫描成像模块包括PC机。声信号发射电路由PC机控制ARM9S3C2440微处理器通过UDA1341音频接口芯片控制压控发射电路实现发射换能器T1、T本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管渠污水的断面扫描成像声纳装置，其特征在于：包括发射电路、发射换能器阵列、接收换能器阵列、接收电路、多通道模数转换模块和信号处理及扫描成像输出模块；所述发射电路产生多个具有尖锐相关特性的发射信号并连接到发射换能器阵列；发射换能器阵列安装在污水管渠的底部，发射声信号；接收换能器阵列安装在污水管渠的顶部，接收发射换能器阵列所发出的声信号，并将声信号转换为阵列扫描信号；接收电路连接接收换能器阵列，将接收换能器阵列的阵列扫描信号经前置放大、增益控制和带通滤波处理后传送至多通道模数转换模块，多通道模数转换模块将经接收电路处理后的信号转换为数字信号；信号处理及扫描成像输出模块通过数据线连接多通道模数转换模块，将多通道模数转换模块所产生的数字信号进行特征提取，显示出污水中固体垃圾的位置和尺寸。

【技术特征摘要】
1.一种管渠污水的断面扫描成像声纳装置，其特征在于：包括发射电路、发射换能器阵列、接收换能器阵列、接收电路、多通道模数转换模块和信号处理及扫描成像输出模块；所述发射电路产生多个具有尖锐相关特性的发射信号并连接到发射换能器阵列；发射换能器阵列安装在污水管渠的底部，发射声信号；接收换能器阵列安装在污水管渠的顶部，接收发射换能器阵列所发出的声信号，并将声信号转换为阵列扫描信号；接收电路连接接收换能器阵列，将接收换能器阵列的阵列扫描信号经前置放大、增益控制和带通滤波处理后传送至多通道模数转换模块，多通道模数转换模块将经接收电路处理后的信号转换为数字信号；信号处理及扫描成像输出模块通过数据线连接多通道模数转换模块，将多通道模数转换模块所产生的数字信号进行特征提取，显示出污水中固体垃圾的位置和尺寸。
2.根据权利要求1所述的管渠污水的断面扫描成像声纳装置，其特征在于：所述发射换能器阵列包括多个发射换能器，接...

【专利技术属性】
技术研发人员：童峰，郭子成，孙传书，张世灵，
申请(专利权)人：环创厦门科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35