一种高增益低功耗的管道声学信号提取方法技术

本发明专利技术公开了一种高增益低功耗的管道声学信号提取方法，属于管道声学领域，包括如下步骤：S1、通过非介入式次声波传感器采集管道泄漏时烟管壁传播的次声波信号和沿管壁内气体介质传播的次声波信号；S2、通过计时器记录非介入式次声波传感器采集到的次声波信号时间；S3、为非介入式次声波传感器提供电源E，并通过前置放大电路对次声波信号进行信号放大处理；S4、通过滤波器内设置的限幅滤波放大电路排除次声波信号背景噪音和干扰，然后通过滤波器内设置的数据采集模块采集到电信号；S5、通过数据采集模块将采集到的电信号转化为数字信号，并传输到计算机通过次声波在管道介质的传播速度、管道材质、厚度可以得出次声波的传播速度。传播速度。传播速度。

【技术实现步骤摘要】
一种高增益低功耗的管道声学信号提取方法


[0001]本专利技术涉及管道声学领域，更具体地说，涉及一种高增益低功耗的管道声学信号提取方法。

技术介绍

[0002]现阶段管道检测的方法有很多，但考虑到管道泄漏的危害性，如果能够在泄漏未发生或未大规模发生之前作出判断，不仅可以避免重大事故，也可以减少管道维修带来的费用，次声波测定流量的检漏技术是一种比较经济，方便和易于安装维护的方法。
[0003]对于由电池供电的声学设备，要求电路功耗小，满足设备长时间工作需要，所以要对电路进行低功耗设计，远距离声源发出的声信号到达接受设备时已十分微弱，其在换能器中产生的电压信号通常只有十几微伏往往湮没在背景噪声之中，采用宽带性运放器容易带来功耗较高的问题。

技术实现思路

[0004]1.要解决的技术问题
[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种高增益低功耗的管道声学信号提取方法。
[0006]2.技术方案
[0007]为解决上述问题，本专利技术采用如下的技术方案：
[0008]一种高增益低功耗的管道声学信号提取方法，包括如下步骤：
[0009]S1、采集管道泄漏时烟管壁传播的次声波信号和沿管壁内气体介质传播的次声波信号；
[0010]S2、记录次声波信号时间；
[0011]S3、对次声波信号进行信号放大处理；
[0012]S4、排除次声波信号背景噪音和干扰，采集到电信号；
[0013]S5、将采集到的电信号转化为数字信号，并传输至计算机，计算次声波的传播速度。
[0014]作为本专利技术的一种优选方案，在步骤S1中，采集管道泄漏时烟管壁传播的次声波信号和沿管壁内气体介质传播的次声波信号通过非介入式次声波传感器实现。
[0015]作为本专利技术的一种优选方案，在步骤S2中，所述次声波信号时间由非介入式次声波传感器采集，所述非介入式次声波传感器采集到的次声波信号时间通过计时器记录。
[0016]作为本专利技术的一种优选方案，在步骤S3中，其具体步骤为：为非介入式次声波传感器提供电源E，并通过前置放大电路对次声波信号进行信号放大处理，所述前置放大电路设置在非介入式次声波传感器内。
[0017]作为本专利技术的一种优选方案，所述前置放大电路包括Vi端、电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、电容C3、电感L1、二极管VD1、二极管VD2和场效管VT1，所述Vi端分别与场效管
VT1的G极和二极管VD2的输入端连接，所述场效管VT1的D级分别与电阻R1和电容C2的输入端连接，所述电阻R1 的输出端、电容C2的输出端和二极管VD2的输入端分别与二极管VD1的输入端连接，所述二极管VD1的输出端与场效管VT1的G极连接，所述电阻R2、电容C1、电容C3和电感L1自左向右依次并联，且并联后的电阻R2、电容C1、电容C3和电感L1与场效管VT1的S极连接。
[0018]作为本专利技术的一种优选方案，在步骤S4中，排除次声波信号背景噪音和干扰通过滤波器实现，所述滤波器与非介入式次声波传感器电性连接，所述滤波器中设置有限幅滤波放大电路和数据采集模块，所述限幅滤波放大电路将次声波信号背景噪音和干扰排除，然后数据采集模块采集到电信号。
[0019]作为本专利技术的一种优选方案，所述限幅滤波放大电路包括四个依次串联的一级限幅滤波放大电路、二级限幅滤波放大电路、三级限幅滤波放大电路和四级限幅滤波放大电路，其中：
[0020]所述一级限幅滤波放大电路包括电容C4、电容C5、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6和一级运放器A1，所述Vi端与电容C4的输入端连接，所述电容C4的输出端与电阻R3的输入端连接，所述电阻R3的输出端分别与一级运放器A1的正极和电阻R4的输入端连接，所述电源E还与电阻R6的输入端连接，所述电阻R6的输出端分别与电容C5的输入端、电阻R5的输入端和一级运放器A1的负极连接，所述电容C5的输出端和电阻R5的输出端与GND 端连接；
[0021]所述二级限幅滤波放大电路包括电容C6、电容C7、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10和二级运放器A2，所述电阻R4的输出端和一级运放器A1 的输出端与电容C6的输入端连接，所述电容C6的输出端与电阻R7的输入端连接，所述电阻R7的输出端分别与二级运放器A2的正极和电阻R8的输入端连接，所述电源E还与电阻R10的输入端连接，所述电阻R10的输出端分别与电容C7的输入端、电阻R9的输入端和二级运放器A2的负极连接，所述电容C7的输出端和电阻R9的输出端与GND端连接；
[0022]所述三级限幅滤波放大电路包括电容C8、电容C9、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14和三级运放器A3，所述电阻R8的输出端和二级运放器A2 的输出端与电容C8的输入端连接，所述电容C8的输出端与电阻R11的输入端连接，所述电阻R11的输出端分别与三级运放器A3的正极和电阻R12的输入端连接，所述电源E还与电阻R14的输入端连接，所述电阻R14的输出端分别与电容C9的输入端、电阻R13的输入端和三级运放器A3的负极连接，所述电容C9的输出端和电阻R13的输出端与GND端连接；
[0023]所述四级限幅滤波放大电路包括电容C10、电容C11、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18和四级运放器A4，所述电阻R12的输出端和三级运放器 A3的输出端与电容C10的输入端连接，所述电容C10的输出端与电阻R15的输入端连接，所述电阻R15的输出端分别与四级运放器A4的正极和电阻R16 的输入端连接，所述电源E还与电阻R18的输入端连接，所述电阻R18的输出端分别与电容C11的输入端、电阻R17的输入端和四级运放器A4的负极连接，所述电容C11的输出端和电阻R17的输出端与GND端连接，所述电阻R16 的输出端和四级运放器A4的输出端连接V0端。
[0024]作为本专利技术的一种优选方案，在步骤S5中，其具体步骤为：通过数据采集模块将采集到的电信号转化为数字信号，并传输到计算机通过次声波在管道介质的传播速度、
[0025]管道材质、厚度可以得出次声波的传播速度。
[0026]作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤S5具有如下情况：
[0027]当非介入式次声波传感器安装在管道的末端时由公式：
[0028][0029]计算次声波的传播速度，其中L为管道的长度，x为泄漏位置到管道上游端的距离，V
g
为次声波在管道介质内的传播速度，V
s
为次声波在管壁中传播的速度，t1为沿管壁传播的次声波被传感器接收所标记的时间，t2为次声波沿管内介质传播进入传感器标记的时间。
[0030]作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤S5还具有如下情况：
[0031]当非介入式次声波传感器安装在管道的上游时由公式：
[0032][0033]计算次声波的传播速度，其中L为管道的长度，x为泄漏位置到管道上游端的距离，V
g...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高增益低功耗的管道声学信号提取方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、采集管道泄漏时烟管壁传播的次声波信号和沿管壁内气体介质传播的次声波信号；S2、记录次声波信号时间；S3、通过前置放大电路对次声波信号进行信号放大处理；S4、排除次声波信号背景噪音和干扰，采集到电信号；S5、将采集到的电信号转化为数字信号，并传输至计算机，计算次声波的传播速度。2.根据权利要求1所述的一种高增益低功耗的管道声学信号提取方法，其特征在于，在步骤S1中，采集管道泄漏时烟管壁传播的次声波信号和沿管壁内气体介质传播的次声波信号通过非介入式次声波传感器实现。3.根据权利要求2所述的一种高增益低功耗的管道声学信号提取方法，其特征在于，在步骤S2中，所述次声波信号时间由非介入式次声波传感器采集，所述非介入式次声波传感器采集到的次声波信号时间通过计时器记录。4.根据权利要求3所述的一种高增益低功耗的管道声学信号提取方法，其特征在于，在步骤S3中，其具体步骤为：为非介入式次声波传感器提供电源E，并通过前置放大电路对次声波信号进行信号放大处理，所述前置放大电路设置在非介入式次声波传感器内。5.根据权利要求4所述的一种高增益低功耗的管道声学信号提取方法，其特征在于，所述前置放大电路包括Vi端、电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、电容C3、电感L1、二极管VD1、二极管VD2和场效管VT1，所述Vi端分别与场效管VT1的G极和二极管VD2的输入端连接，所述场效管VT1的D级分别与电阻R1和电容C2的输入端连接，所述电阻R1的输出端、电容C2的输出端和二极管VD2的输入端分别与二极管VD1的输入端连接，所述二极管VD1的输出端与场效管VT1的G极连接，所述电阻R2、电容C1、电容C3和电感L1自左向右依次并联，且并联后的电阻R2、电容C1、电容C3和电感L1与场效管VT1的S极连接。6.根据权利要求5所述的一种高增益低功耗的管道声学信号提取方法，其特征在于，在步骤S4中，排除次声波信号背景噪音和干扰通过滤波器实现，所述滤波器与非介入式次声波传感器电性连接，所述滤波器中设置有限幅滤波放大电路和数据采集模块，所述限幅滤波放大电路将次声波信号背景噪音和干扰排除，然后数据采集模块采集到电信号。7.根据权利要求6所述的一种高增益低功耗的管道声学信号提取方法，其特征在于，所述限幅滤波放大电路包括四个依次串联的一级限幅滤波放大电路、二级限幅滤波放大电路、三级限幅滤波放大电路和四级限幅滤波放大电路，其中：所述一级限幅滤波放大电路包括电容C4、电容C5、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6和一级运放器A1，所述Vi端与电容C4的输入端连接，所述电容C4的输出端与电阻R3的输入端连接，所述电阻R3的输出端分别与一级运放器A1的正极和电阻R4的输入端连接，所述电源E还与电阻R6的输入端连接，所述电阻R6的输出端分别与电容C5的输入端、电阻R5的输入端和一级运放器A1的负极连接，所述电容C5的输出端和电阻R5的输出端与GND端连接；所述二级限幅滤波放大电路包括电容C6、电容C7、电阻R7、电阻R8、电阻R9...

【专利技术属性】
技术研发人员：施剑，亓家宝，罗宇，马晓东，陈聪，张一帆，
申请(专利权)人：天津智汇海洋科技有限公司，
类型：发明
国别省市：