一種管渠污水的斷面掃描成像聲納裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于污水管道監(jiān)測技術領域，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】
[0002]近年來，極端天氣導致的城市內(nèi)澇造成的生命財產(chǎn)損失引起全社會的嚴重關注。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、護欄、樹木等不同材料的固體垃圾嚴重影響了泵站排水效率，設置在泵站的粉碎格柵對污水管渠中固體垃圾進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)化控制粉碎格柵進行相應處理，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到粉碎效果，有效疏通堵塞；對于廣告板、金屬護欄、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到粉碎效果；特別是對于較大尺寸固體垃圾，由于粉碎機構入口的限制，往往需要人工干預進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，無法采用光學視覺方法對管渠污水中固體垃圾進行探測，采用傳統(tǒng)超聲波探測手段可對液體中固體目標有無進行探測，但在狹窄，封閉的污水管渠中進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行掃描成像探測的設備。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，這些專利文獻雖然提供了一些城市污水處理及監(jiān)控的技術方案，但并沒有針對以上問題提出可行的技術方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型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的優(yōu)化模式啟動粉碎作業(yè)，設置在必要時通過報警引入人工干預，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]本實用新型的上述目的是通過下列技術方案來實現(xiàn)的:
[0006]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特性(偽隨機碼或線性調(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)字信號進行特征提取，顯示出污水中固體垃圾的位置和尺寸。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]采用上述技術方案后，本實用新型的有益效果是:1、能夠?qū)ξ鬯芮泄腆w垃圾進行斷面掃描成像，獲取固體垃圾的材質(zhì)、尺寸等信息從而進行泵站粉碎設備的控制以及時進行處理；2、為極端天氣等突發(fā)情況下城市污水的應急監(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路徑的遮擋效應實現(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，避免了采用復雜、昂貴的陣列技術進行目標尺寸探測，維護方便成本低廉。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖；
[0014]圖2是污水管渠斷面掃描成像示意圖；
[0015]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；
[0016]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；
[0017]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；
[0018]圖6是接收電路與PC連接電路圖。
[0019]主要符號說明
[0020]1、發(fā)射電路
[0021]2、接收電路
[0022]3、多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊
[0023]4、信號處理及掃描成像輸出模塊
[0024]5、污水管渠。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明。
[0026]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特性(偽隨機碼或線性調(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。
[0027]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個接收換能器町、1?2、1?3、1?4、1?5、1?6、1?7、1?8、1?9、1?10，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，可采用本領域通用的偽隨機碼發(fā)射信號進行不同發(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。聲信號發(fā)射電路由PC機控制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。接收陣列10個接收換能器的初始接收增益由PC機根據(jù)各通道接收信號通過本領域通用的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。
[0028]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機中進行。模數(shù)轉(zhuǎn)換后的接收換