一種管渠污水的斷面掃描成像聲納裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于污水管道監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是一種管渠污水的斷面掃描成像聲納裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，極端天氣導(dǎo)致的城市內(nèi)澇造成的生命財產(chǎn)損失引起全社會的嚴(yán)重關(guān)注。污水管渠排水系統(tǒng)的暢通是避免城市內(nèi)澇的重要保障，城市污水中含有大量各類建筑垃圾、廣告板、護(hù)欄、樹木等不同材料的固體垃圾嚴(yán)重影響了泵站排水效率，設(shè)置在泵站的粉碎格柵對污水管渠中固體垃圾進(jìn)行及時破碎對保障排水暢通有重要作用。
[0003]由于城市污水中固體垃圾由大量各類不同材料、不同形狀的固體顆粒組成，為適應(yīng)各種不同情況、不同來源固體垃圾造成的污水排水阻塞以便優(yōu)化控制粉碎格柵進(jìn)行相應(yīng)處理，如，對泡沫、紙板等小尺寸、輕質(zhì)顆粒，粉碎格柵只需以最小功率運行即可達(dá)到粉碎效果，有效疏通堵塞；對于廣告板、金屬護(hù)欄、建筑垃圾、樹干等尺寸較大、硬度較高的固體垃圾，粉碎格柵需以大功率全速運行方可達(dá)到粉碎效果；特別是對于較大尺寸固體垃圾，由于粉碎機(jī)構(gòu)入口的限制，往往需要人工干預(yù)進(jìn)行排除以保證污水管道疏通。由于城市污水高度渾濁且包含大量家用、化工等液體污物，無法采用光學(xué)視覺方法對管渠污水中固體垃圾進(jìn)行探測，采用傳統(tǒng)超聲波探測手段可對液體中固體目標(biāo)有無進(jìn)行探測，但在狹窄，封閉的污水管渠中進(jìn)一步檢測固體垃圾的尺寸、材質(zhì)則有極大的困難，因此，目前尚此類可用于對污水中固體垃圾進(jìn)行掃描成像探測的設(shè)備。如:申請?zhí)枮?01320053443.8的中國專利公開了名為“一種城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)”的實用新型專利，申請?zhí)?01410136363.8的中國專利公開了名為“一種多功能跟蹤采樣聯(lián)動系統(tǒng)“的發(fā)明專利，這些專利文獻(xiàn)雖然提供了一些城市污水處理及監(jiān)控的技術(shù)方案，但并沒有針對以上問題提出可行的技術(shù)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種管渠污水的斷面掃描成像聲納裝置，用于進(jìn)行污水管渠的斷面掃描檢測，通過斷面掃描成像探測污水中固體垃圾的材質(zhì)、尺寸控制粉碎格柵以相應(yīng)的優(yōu)化模式啟動粉碎作業(yè)，設(shè)置在必要時通過報警引入人工干預(yù)，提高泵站粉碎格柵快速、高效處理各類污水阻塞問題的能力。
[0005]本發(fā)明的上述目的是通過下列技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
一種管渠污水的斷面掃描成像聲納裝置，包括發(fā)射電路、發(fā)射換能器陣列、接收換能器陣列、接收電路、多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和信號處理及掃描成像輸出模塊；所述發(fā)射電路產(chǎn)生多個具有尖銳相關(guān)特性(偽隨機(jī)碼或線性調(diào)頻類型)的發(fā)射信號并連接到發(fā)射換能器陣列；發(fā)射換能器陣列安裝在污水管渠的底部，發(fā)射聲波信號；接收換能器陣列安裝在污水管渠的頂部，接收發(fā)射換能器陣列所發(fā)出的聲波信號，將聲波信號轉(zhuǎn)換為陣列掃描信號；接收電路連接接收換能器陣列，將接收換能器陣列的陣列掃描信號經(jīng)前置放大、增益控制和帶通濾波處理后傳送至多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將經(jīng)接收電路處理后的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；信號處理及掃描成像輸出模塊通過數(shù)據(jù)線連接多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，將多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊所產(chǎn)生的數(shù)字信號進(jìn)行特征提取，顯示出污水中固體垃圾的位置和尺寸。
[0006]所述發(fā)射換能器陣列可包括多個發(fā)射換能器，接收換能器陣列可包括多個接收換能器。
[0007]所述發(fā)射換能器陣列(優(yōu)選)包括2個發(fā)射換能器，接收換能器陣列(優(yōu)選)包括10個接收換能器。
[0008]所述發(fā)射換能器和接收換能器選用防水型T/R40-16換能器，其中心頻率為40kHz,防水封裝。
[0009]所述接收電路由前置芯片NJM2100組成的前置放大電路、AD603芯片組成的增益控制電路和MAX274芯片組成的40kHz帶通濾波電路組成。
[0010]所述多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊由1394接口和10通道模數(shù)采集卡組成，將信號以200ksps的速率進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并通過1394接口將轉(zhuǎn)換結(jié)果傳送至上位機(jī)。
[0011]采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明的有益效果是:1、能夠?qū)ξ鬯芮泄腆w垃圾進(jìn)行斷面掃描成像，獲取固體垃圾的材質(zhì)、尺寸等信息從而進(jìn)行泵站粉碎設(shè)備的控制以及時進(jìn)行處理；2、為極端天氣等突發(fā)情況下城市污水的應(yīng)急監(jiān)控和處理提供方便、可靠的探測手段；3、利用管渠斷面內(nèi)固體垃圾對收發(fā)換能器陣列間聲信號直達(dá)路徑的遮擋效應(yīng)實現(xiàn)對水質(zhì)不均勻、狹窄、封閉、水位變化的管渠中固體垃圾位置、尺寸信息的斷面掃描檢查及圖形化監(jiān)測，避免了采用復(fù)雜、昂貴的陣列技術(shù)進(jìn)行目標(biāo)尺寸探測，維護(hù)方便成本低廉。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖；
圖2是污水管渠斷面掃描成像示意圖；
圖3是發(fā)射電路的壓控振蕩器用升、降斜變脈沖信號產(chǎn)生電路圖；
圖4是發(fā)射換能器Tl的壓控產(chǎn)生升線性調(diào)頻信號及發(fā)射驅(qū)動電路圖；
圖5是發(fā)射換能器T2的壓控產(chǎn)生降線性調(diào)頻信號及發(fā)射驅(qū)動電路圖；
圖6是接收電路與PC連接電路圖。
[0013]主要符號說明
1、發(fā)射電路
2、接收電路
3、多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊
4、信號處理及掃描成像輸出模塊
5、污水管渠。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0015]實施例:一種管渠污水的斷面掃描成像聲納裝置，如圖1所示，包括發(fā)射電路1、發(fā)射換能器陣列、接收換能器陣列、接收電路2、多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3和信號處理及掃描成像輸出模塊4。發(fā)射電路I產(chǎn)生多個具有尖銳相關(guān)特性(偽隨機(jī)碼或線性調(diào)頻類型)的發(fā)射信號并連接到發(fā)射換能器陣列。發(fā)射換能器陣列安裝在污水管渠5的底部，發(fā)射超聲波信號；接收換能器陣列安裝在污水管渠5的頂部，接收發(fā)射換能器陣列所發(fā)出的聲信號，將聲信號轉(zhuǎn)換為陣列掃描信號。接收電路2連接接收換能器陣列，將接收換能器陣列的陣列掃描信號經(jīng)前置放大、增益控制和帶通濾波處理后傳送至多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3，多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3將經(jīng)接收電路2處理后的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。信號處理及掃描成像輸出模塊4通過數(shù)據(jù)線連接多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3，將多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3所產(chǎn)生的數(shù)字信號進(jìn)行特征提取，顯示出污水中固體垃圾的位置和尺寸。發(fā)射換能器陣列可包括多個發(fā)射換能器，接收換能器陣列可包括多個接收換能器。
[0016]在本實施例中發(fā)射換能器和接收換能器選用防水型T/R40-16換能器，其中心頻率為40kHz，防水封裝。發(fā)射換能器陣列優(yōu)選包括2個發(fā)射換能傳感器T1、T2，接收換能器陣列優(yōu)選包括10個接收換能器RU R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10，如圖2所示。接收換能器陣列和發(fā)射換能器陣列的傳感器數(shù)量可根據(jù)具體管渠斷面監(jiān)測所需精度進(jìn)行確定，陣列傳感器數(shù)量越多則斷面內(nèi)掃描點越多。由于一般管渠污水監(jiān)測主要目的在于污水排水處理中及時發(fā)現(xiàn)較大尺寸固體垃圾，因此無需使用過多的傳感器數(shù)量來達(dá)到高的圖像分辨率，這樣可有效控制系統(tǒng)成本。安裝在污水管渠5底部的發(fā)射換能器發(fā)射中心頻率40k Hz、脈寬1ms的線性調(diào)頻聲波脈沖信號，由于本實施例采用2個發(fā)射換能器Tl，T2，因此可采用升、降線性調(diào)頻信號進(jìn)行不同發(fā)射信號的區(qū)分(如發(fā)射換能器多于2個，可采用本領(lǐng)域通用的偽隨機(jī)碼發(fā)射信號進(jìn)行不同發(fā)射換能器的接收信號區(qū)分)。安裝在管渠頂部的接收換能器陣列接收聲波信號。本實施例中信號處理及掃描成像模塊包括PC機(jī)。聲信號發(fā)射電路由PC機(jī)控制ARM9 S3C2440微處理器通過UDA1341音頻接口芯片控制壓控發(fā)射電路實現(xiàn)發(fā)射換能器Tl、T2分別發(fā)射升、降調(diào)頻信號。具體地，如圖3至5所示，分別使用S3C2440微處理器的GPB7、GPB8、GPB9端口來連接UDA1341芯片的L3M0DE、L3DATA、L3CL0CK端進(jìn)行I2S總線控制，并分別在UDA1341芯片的VOUTL、VOUTR端口接出LINE0UT_L、LINE0UT_R信號輸出通道，啟動聲波信號發(fā)射后同時輸出脈寬10ms，幅度從O至0.3v的升斜變脈沖信號和幅度從0.3v至O的降斜變脈沖信號，此升斜變脈沖信號和降斜變脈沖信號分別送入圖3至5所示由4046芯片構(gòu)成的壓控振蕩電路，由S3C2440的GPBlO端口輸出1ms低電平使能4046芯片輸出中心頻率40k Hz、頻率范圍38-42kHz的升線性調(diào)頻信號和降線性調(diào)頻信號，推動發(fā)射陣列中發(fā)射換能器Tl，T2同時發(fā)射升線性調(diào)頻信號聲波脈沖和降線性調(diào)頻信號聲波脈沖。接收電路2由前置芯片NJM2100組成的前置放大電路、AD603芯片組成的增益控制電路和MAX274芯片組成的40kHz帶通濾波電路組成，如圖6所示。接收換能器陣列接收的10路聲波信號經(jīng)過前置放大電路放大、增益控制、帶通濾波傳遞給多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3由1394接口和10通道模數(shù)采集卡組成，將信號以200ksps的速率進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并通過1394接口將轉(zhuǎn)換結(jié)果傳送至PC機(jī)。接收陣列10個接收換能器的初始接收增益由PC機(jī)根據(jù)各通道接收信號通過本領(lǐng)域通用的10通道PCI接口模數(shù)轉(zhuǎn)換卡分別輸出到各個通道對應(yīng)AD603芯片的增益控制電壓，從而抑制不同污水液面造成的接收信號初始幅度不同。
[0017]接收換能器陣列接收信號的檢測過程、斷面掃描點特征參數(shù)提取過程以數(shù)字信號的形式在PC機(jī)中進(jìn)行。模數(shù)轉(zhuǎn)換后的接收換能器陣列信