申请日2014.11.04
公开(公告)日2015.05.06
IPC分类号G01S15/06; G01S15/89
摘要
本实用新型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，本实用新型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。
权利要求书
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，接收换能器阵列包括多个接收换能器。
3.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2个发射换能器，接收换能器阵列包括10个接收换能器器。
4.根据权利要求2或3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。
5.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。
6.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。
说明书
一种管渠污水的断面扫描成像声纳装置
技术领域
本实用新型属于污水管道监测技术领域，具体来说是一种管渠污水的断面扫描成像声纳装置。
背景技术
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”的实用新型专利，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“的发明专利，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。
发明内容
本实用新型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。
本实用新型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，本实用新型的有益效果是：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。