專利名稱：基于反射型超聲波傳感器的地下管道探測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地下塑料管道的探測裝置及探測方法，尤其是指一種基于反射型超聲波傳感器陣列的地下塑料管道的探測裝置及探測方法。
背景技術(shù)：
地下管道、電纜在當(dāng)今城市基本建設(shè)中得到了極其廣泛的應(yīng)用，在國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民的生產(chǎn)生活中占有極其重要位置。對地下管道、電纜的分布探測是檢測和保護(hù)其安全運(yùn)行的重要手段。地下管道分布探測技術(shù)的成功開發(fā)將起到確保地下管道、電纜安全運(yùn)營，方便地下管道、電纜的驗(yàn)收與檢修，同時能避免對地下管道、電纜的不必要破壞，大大減少因頻繁修建所引起的損失，防止施工過程中對地下管道、電纜的損害，大大節(jié)約了城市建設(shè)的資金和時間。 在現(xiàn)有技術(shù)中，地下塑料管道探測方法主要有甚低頻電磁法和紅外線輻射法。其中，甚低頻電磁法利用長波電臺，發(fā)射低頻電磁波作場源，電磁波在傳播過程中將管線及其周圍介質(zhì)極化，利用管線與周圍介質(zhì)在物性上的差異引起的阻抗差異來實(shí)現(xiàn)探測；但是此方法成本較高，易受外界干擾，操作復(fù)雜，探測精度相對不高。而紅外線輻射法主要利用同一大氣條件下、同一時刻地下不同介質(zhì)特性的差異，由測得的溫度差異來確定管線的分布，此法對探測深度有具體要求，探測時間較長，工作量大，成本同樣很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于反射型超聲波傳感器的地下管道探測裝置及方法，能夠在不開挖覆土、不影響地下管道正常使用的情況下，通過直接檢測位于管道地表上方的反射型超聲波傳感器感應(yīng)電壓值的變化，即可方便準(zhǔn)確的檢測地下塑料管道的分布走向，并且無需溫度補(bǔ)償、適用地表范圍可調(diào)、操作方便，探測精度高。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于反射型超聲波傳感器的地下管道探測裝置，其具體包含反射型超聲波傳感器陣列，與所述反射型超聲波傳感器陣列通過電路連接的信號調(diào)理電路，與所述信號調(diào)理電路通過電路連接的數(shù)字信號處理器，以及分別與所述數(shù)字信號處理器通過電路連接的LED顯示電路和撥碼開關(guān)控制電路。所述反射型超聲波傳感器陣列包含若干傳感器組件，每個傳感器組件包含長條形拉伸桿，以及分別設(shè)置在所述長條形拉伸桿兩端的反射型超聲波傳感器。每個所述的傳感器組件以各自長條形拉伸桿的中心點(diǎn)為圓心疊加點(diǎn)均勻分布設(shè)置，即全部反射性超聲波傳感器在同一平面內(nèi)共圓。每個所述的反射性超聲波傳感器的輸出端經(jīng)過信號調(diào)理電路與數(shù)字信號處理器的輸入端相連接，所述信號調(diào)理電路將每個反射性超聲波傳感器接收到的感應(yīng)電壓值，通過數(shù)據(jù)線導(dǎo)入數(shù)字信號處理器進(jìn)行分析處理。所述的反射性超聲波傳感器采用壓電晶體式材料制成，其工作電壓為直流電10 30V，波束角為3° 10°。
本發(fā)明還提供一種基于反射型超聲波傳感器的地下管道探測方法，具體包含以下步驟
步驟I、在確定地下探測區(qū)域的范圍之后，將所述的反射型超聲波傳感器陣列水平放置，并且將每個傳感器組件的長條形拉伸桿拉伸到相同長度；
步驟2、打開撥碼開關(guān)控制電路5的激勵開關(guān)，激勵信號經(jīng)由DSP 3依次向每個反射性超聲波傳感器12的激勵端供電，并激勵反射性超聲波傳感器12發(fā)射超聲波，超聲波在地下傳播過程中遇到塑料管道會發(fā)生反射，每個反射性超聲波傳感器12將接收到反射波信號而產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電壓值；
步驟3、所述每個反射性超聲波傳感器12將接收到的感應(yīng)電壓值通過信號調(diào)理電路2傳輸至DSP 3內(nèi)；
步驟4、DSP 3對接收到的全部反射性超聲波傳感器12所采集的感應(yīng)電壓值進(jìn)行比較 分析，找出感應(yīng)電壓值最大且大小最接近的兩個反射性超聲波傳感器12，即可確定探測區(qū)域內(nèi)的地下塑料管道的走向與這兩個反射性超聲波傳感器12的連線方向近似平行，并且DSP 3將結(jié)果傳輸至LED顯示電路4顯示；
步驟5、統(tǒng)一調(diào)整并變動每個傳感器組件的長條形拉伸桿的長度；重復(fù)操作上述步驟I 步驟4，如果所測得的結(jié)果與前次結(jié)果相同，則可更加精確確定地下塑料管道的走向及分布情況。綜上所述，本發(fā)明所提供的基于反射型超聲波傳感器的地下塑料管道探測裝置及探測方法，能夠在不開挖覆土、不影響地下管道正常使用的情況下，通過直接檢測位于管道地表上方的反射型超聲波傳感器感應(yīng)電壓值的變化，即可方便準(zhǔn)確的檢測地下塑料管道的分布走向，并且無需溫度補(bǔ)償、適用地表范圍可調(diào)、操作方便，探測精度高。


圖I為本發(fā)明中的反射型超聲波傳感器陣列的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明中的基于反射型超聲波傳感器的地下塑料管道探測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明中的信號調(diào)理電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合圖I 圖3，詳細(xì)說明本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例。如圖2所示，為本發(fā)明所提供的基于反射型超聲波傳感器的地下塑料管道探測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。該探測裝置用于測量地下塑料管道、線纜等的走向與分布情況，具體包含反射型超聲波傳感器陣列1，與所述反射型超聲波傳感器陣列I通過電路連接的信號調(diào)理電路2，與所述信號調(diào)理電路2通過電路連接的DSP (數(shù)字信號處理器)3，以及分別與所述數(shù)字信號處理器3通過電路連接的LED (發(fā)光二極管)顯示電路4和撥碼開關(guān)控制電路5。其中，所述反射型超聲波傳感器陣列I包含若干傳感器組件，每個傳感器組件包含長條形拉伸桿11，以及分別設(shè)置在所述長條形拉伸桿11兩端的反射型超聲波傳感器12。每個所述的傳感器組件以各自長條形拉伸桿11的中心點(diǎn)為圓心疊加點(diǎn)均勻分布設(shè)置，使得全部反射性超聲波傳感器12在同一平面內(nèi)共圓。每個所述的反射性超聲波傳感器12的輸出端經(jīng)過信號調(diào)理電路2與DSP 3的輸入端相連接，所述信號調(diào)理電路2將每個反射性超聲波傳感器12接收到的感應(yīng)電壓值，通過數(shù)據(jù)線導(dǎo)入DSP 3進(jìn)行分析處理。如圖I所示，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，所述反射型超聲波傳感器陣列I包含8個傳感器組件，每個傳感器組件包含一根長條形拉伸桿11，以及分別設(shè)置在該長條形拉伸桿11兩端的反射型超聲波傳感器12。且所述的8個傳感器組件分別以各自長條形拉伸桿11的中心點(diǎn)為圓心疊加點(diǎn)均勻分布設(shè)置，使得全部共16個反射性超聲波傳感器12在同一平面內(nèi)共圓。所述的反射性超聲波傳感器12采用壓電晶體式材料制成，其工作電壓為直流電10 30V，波束角為3° 10°。本實(shí)施例中，所述DPS采用的型號為TMS320X281x。所述撥碼開關(guān)控制電路5由電源開關(guān)、復(fù)位開關(guān)、激勵開關(guān)、采集開關(guān)等撥碼開關(guān) 構(gòu)成。本發(fā)明所提供的基于反射型超聲波傳感器的地下塑料管道探測裝置，其在實(shí)際使用過程中，具體檢測方法如下所述。步驟I、在確定地下探測區(qū)域的范圍之后，將所述的反射型超聲波傳感器陣列I水平放置，并且將每個傳感器組件的長條形拉伸桿11拉伸到相同長度；
步驟2、打開撥碼開關(guān)控制電路5的激勵開關(guān)，激勵信號經(jīng)由DSP 3依次向每個反射性超聲波傳感器12的激勵端供電，并激勵反射性超聲波傳感器12發(fā)射超聲波，超聲波在地下傳播過程中遇到塑料管道會發(fā)生反射，每個反射性超聲波傳感器12將接收到反射波信號而產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電壓值；
如圖3所示，所述撥碼開關(guān)控制電路5的激勵開關(guān)發(fā)出的激勵信號依次經(jīng)過DSP 3，信號調(diào)理電路2中的傳感器選通電路21、D/A轉(zhuǎn)換電路22 (采用DA9754的型號實(shí)現(xiàn))、第一濾波電路23和第一放電電路24,最終傳輸至反射性超聲波傳感器12的激勵端,激勵其發(fā)射超聲波；
步驟3、所述每個反射性超聲波傳感器12將接收到的感應(yīng)電壓值通過信號調(diào)理電路2傳輸至DSP 3內(nèi)；
如圖3所示，所述反射性超聲波傳感器12的感應(yīng)端將接收到的感應(yīng)電壓值依次經(jīng)過信號調(diào)理電路2中的第二濾波電路25、第二放大電路26、A/D轉(zhuǎn)換電路27 (采用AD9240的型號實(shí)現(xiàn))、傳感器選通電路21，最終傳輸至DSP 3；
步驟4、DSP 3對接收到的全部反射性超聲波傳感器12所采集的感應(yīng)電壓值進(jìn)行比較分析，找出感應(yīng)電壓值最大且大小最接近的兩個反射性超聲波傳感器12，即可確定探測區(qū)域內(nèi)的地下塑料管道的走向與這兩個反射性超聲波傳感器12的連線方向近似平行，并且DSP 3將結(jié)果傳輸至LED顯示電路4顯示；
步驟5、統(tǒng)一調(diào)整并變動每個傳感器組件的長條形拉伸桿11的長度；重復(fù)操作上述步驟I 步驟4，如果所測得的結(jié)果與前次結(jié)果相同，則可更加精確確定地下塑料管道的走向及分布情況。綜上所述，本發(fā)明所提供的基于反射型超聲波傳感器的地下塑料管道探測裝置及探測方法，可以在不開挖覆土、無需溫度補(bǔ)償、適用地表范圍可調(diào)、攜帶方便、成本較低、操作方便、不影響正常使用的情況下，通過直接檢測位于管道地表上方的傳感器感應(yīng)電壓值的變化，即可方便準(zhǔn)確的檢測地下塑料管道的分布走向，探測精度高。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的 描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種基于反射型超聲波傳感器的地下管道探測裝置，其特征在于，該探測裝置包含: 反射型超聲波傳感器陣列(I); 與所述反射型超聲波傳感器陣列(I)通過電路連接的信號調(diào)理電路(2); 與所述信號調(diào)理電路(2)通過電路連接的數(shù)字信號處理器(3);以及分別與所述數(shù)字信號處理器(3)通過電路連接的LED顯示電路(4)和撥碼開關(guān)控制電路(5)； 其中，所述反射型超聲波傳感器陣列(I)包含若干傳感器組件，每個傳感器組件包含長條形拉伸桿(11)，以及分別設(shè)置在所述長條形拉伸桿(11)兩端的反射型超聲波傳感器(12)。
2.如權(quán)利要求I所述的基于反射型超聲波傳感器的地下管道探測裝置，其特征在于，每個所述的傳感器組件以各自長條形拉伸桿(11)的中心點(diǎn)為圓心疊加點(diǎn)均勻分布設(shè)置，即全部反射性超聲波傳感器(12)在同一平面內(nèi)共圓。
3.如權(quán)利要求I所述的基于反射型超聲波傳感器的地下管道探測裝置，其特征在于，每個所述的反射性超聲波傳感器(12)的輸出端經(jīng)過信號調(diào)理電路(2)與數(shù)字信號處理器(3)的輸入端相連接，所述信號調(diào)理電路(2)將每個反射性超聲波傳感器(12)接收到的感應(yīng)電壓值，通過數(shù)據(jù)線導(dǎo)入數(shù)字信號處理器(3)進(jìn)行分析處理。
4.如權(quán)利要求I所述的基于反射型超聲波傳感器的地下管道探測裝置，其特征在于，所述的反射性超聲波傳感器(12)采用壓電晶體式材料制成，其工作電壓為直流電10 30V，波束角為3° 10°。
5.一種基于反射型超聲波傳感器的地下管道探測方法，其特征在于，包含以下步驟 步驟I、在確定地下探測區(qū)域的范圍之后，將所述的反射型超聲波傳感器陣列(I)水平放置，并且將每個傳感器組件的長條形拉伸桿(11)拉伸到相同長度； 步驟2、打開撥碼開關(guān)控制電路(5)的激勵開關(guān)，激勵信號經(jīng)由數(shù)字信號處理器(3)依次向每個反射性超聲波傳感器(12)的激勵端供電，并激勵反射性超聲波傳感器(12)發(fā)射超聲波，超聲波在地下傳播過程中遇到塑料管道會發(fā)生反射，每個反射性超聲波傳感器(12)將接收到反射波信號而產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電壓值； 步驟3、所述每個反射性超聲波傳感器(12)將接收到的感應(yīng)電壓值通過信號調(diào)理電路(2)傳輸至數(shù)字信號處理器(3)內(nèi)； 步驟4、DSP (3)對接收到的全部反射性超聲波傳感器(12)所采集的感應(yīng)電壓值進(jìn)行比較分析，找出感應(yīng)電壓值最大且大小最接近的兩個反射性超聲波傳感器(12)，即可確定探測區(qū)域內(nèi)的地下塑料管道的走向與這兩個反射性超聲波傳感器(12)的連線方向近似平行，并且數(shù)字信號處理器(3)將結(jié)果傳輸至LED顯示電路(4)顯示； 步驟5、統(tǒng)一調(diào)整并變動每個傳感器組件的長條形拉伸桿(11)的長度；重復(fù)操作上述步驟I 步驟4，如果所測得的結(jié)果與前次結(jié)果相同，則可更加精確確定地下塑料管道的走向及分布情況。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于反射型超聲波傳感器的地下管道探測裝置，包含反射型超聲波傳感器陣列，與所述反射型超聲波傳感器陣列通過電路連接的信號調(diào)理電路，與所述信號調(diào)理電路通過電路連接的DSP，以及分別與所述DSP通過電路連接的LED顯示電路和撥碼開關(guān)控制電路。本發(fā)明還提供一種基于反射型超聲波傳感器的地下管道探測方法。本發(fā)明能夠在不開挖覆土、不影響地下管道正常使用的情況下，通過直接檢測位于管道地表上方的反射型超聲波傳感器感應(yīng)電壓值的變化，即可方便準(zhǔn)確的檢測地下塑料管道的分布走向，并且無需溫度補(bǔ)償、適用地表范圍可調(diào)、操作方便，探測精度高。
文檔編號G01V1/00GK102841370SQ20121035909
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者尹武良, 李安陽 申請人:上海海事大學(xué)