一種污水管渠中固體垃圾的在線監(jiān)測(cè)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(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是一種污水管渠中固體垃圾的在線監(jiān)測(cè)聲納裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前隨著各類極端天氣對(duì)社會(huì)影響加劇，保證污水管渠排水通暢重要性。特別是城市污水中各類紙板、廣告牌、板材、樹木等固體垃圾嚴(yán)重影響了泵站排水效率，在泵站設(shè)置粉碎格柵對(duì)污水管渠中固體垃圾進(jìn)行及時(shí)破碎對(duì)保障排水暢通有重要作用。但目前缺乏對(duì)污水管渠中固定垃圾進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)的專用裝置，泵站中往往依靠定時(shí)工作、人工控制等方式來啟動(dòng)粉碎格柵，效率低且無法適應(yīng)突發(fā)狀況下固體垃圾造成的污水排水阻塞。申請(qǐng)?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(shí)用新型專利，申請(qǐng)?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(dòng)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(duì)以上問題提出可行的技術(shù)方案。
[0003]研發(fā)一種在線監(jiān)測(cè)聲納裝置用于進(jìn)行污水管渠中固體垃圾的在線監(jiān)測(cè)，通過在線探測(cè)污水中較大尺寸的固體垃圾控制粉碎格柵啟動(dòng)粉碎作業(yè)，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，成為客觀必要。但考慮到污水管渠中污水混有大量的泥沙、雜質(zhì)、污物等液體、固定顆粒，聲阻抗不均勻，嚴(yán)重影響傳統(tǒng)的光、電磁波、超聲波信號(hào)在污水中的傳播；同時(shí)，在不同排水狀態(tài)下污水管渠的水位呈現(xiàn)較大的變化(枯水期水位極低，洪澇期溢滿)，無法保持安裝在管渠中的各類探測(cè)信號(hào)發(fā)射、接收探頭始終處于污水液面以上或以下，由于空氣與液體的傳輸特性差異，收發(fā)探頭之間變化液面導(dǎo)致的反射將嚴(yán)重影響光、電磁波、超聲波等探測(cè)信號(hào)的正常接收；另一方面，由于需要探測(cè)污水中固體垃圾的大概尺寸以評(píng)估是否啟動(dòng)粉碎設(shè)備，在狹窄、界面反射嚴(yán)重的污水管渠內(nèi)形成尖銳指向性波束進(jìn)行一定空間分辨率的聲信號(hào)探測(cè)也是極其困難的。因此，無法直接利用傳統(tǒng)的可見光、電磁波或超聲波信號(hào)探測(cè)方法或裝置進(jìn)行污水管渠中固體垃圾的探測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決以上問題，本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)單方便、可在線監(jiān)測(cè)污水管渠中固體垃圾的在線監(jiān)測(cè)聲納裝置。
[0005]本發(fā)明的上述目的是通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
一種污水管渠中固體垃圾的在線監(jiān)測(cè)聲納裝置，包括發(fā)射電路、發(fā)射換能器、接收換能器、聲信號(hào)接收電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和主控模塊；所述發(fā)射電路產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)并連接到發(fā)射換能器；發(fā)射換能器安裝在污水管渠的底部，發(fā)射聲信號(hào)；接收換能器安裝在污水管渠的頂部，接收發(fā)射換能器所發(fā)出的聲信號(hào)；接收電路連接接收換能器，將接收換能器所接收到的聲信號(hào)經(jīng)前置放大、增益控制、帶通濾波和包絡(luò)檢波處理后傳送至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將經(jīng)接收電路處理后的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；主控模塊通過數(shù)據(jù)線連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，將模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊所產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行特征提取，獲得污水中固體垃圾的有無及尺寸信息，輸出結(jié)果。
[0006]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，指向性角60度，防水封裝。
[0007]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、NE5532芯片組成的包絡(luò)檢波電路和S3C2440微處理器的接口電路組成。
[0008]所述主控模塊包括ARM9 S3C2440微處理器，發(fā)射電路由主控模塊ARM9 S3C2440微處理器控制4046振蕩電路輸出40kHz連續(xù)信號(hào)。
[0009]采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明的有益效果是:1、能夠有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)污水管渠中固定垃圾進(jìn)行聲納在線監(jiān)測(cè)；2、借助簡(jiǎn)單、方便的聲信號(hào)連續(xù)波非均勻性探測(cè)利用寬指向性且具有對(duì)稱性的特性實(shí)現(xiàn)對(duì)狹窄、封閉、水位變化的管渠中固體垃圾的存在及尺寸信息的提取，避免了傳統(tǒng)可見光、電磁波、超聲波探測(cè)方法在該使用環(huán)境下的種種缺陷；3、系統(tǒng)安裝、使用、維護(hù)方便，成本低，便于與污水粉碎格柵組合構(gòu)成污水中固體垃圾的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、粉碎處理系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖；
圖2是聲信號(hào)發(fā)射電路及與主控模塊連接電路圖；
圖3是聲信號(hào)接收電路與主控模塊連接電路圖；
圖4是污水管渠中固體垃圾經(jīng)過檢測(cè)系統(tǒng)與接收到的聲信號(hào)連續(xù)信號(hào)包絡(luò)波形示意圖。
[0011]主要符號(hào)說明
1、發(fā)射電路
2、發(fā)射換能器
3、接收換能器
4、聲信號(hào)接收電路
5、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊
6、主控模塊
7、污水管渠。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0013]實(shí)施例:一種污水管渠中固體垃圾的在線監(jiān)測(cè)聲納裝置，如圖1所示，包括發(fā)射電路1、發(fā)射換能器2、接收換能器3、聲信號(hào)接收電路4、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5和主控模塊6。發(fā)射電路I產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)并連接到發(fā)射換能器2。發(fā)射換能器2安裝在污水管渠7的底部，發(fā)射聲信號(hào)。接收換能器3安裝在污水管渠7的頂部，接收發(fā)射換能器2所發(fā)出的聲信號(hào)。接收電路4連接接收換能器3，將接收換能器3所接收到的聲信號(hào)經(jīng)前置放大、增益控制、帶通濾波和包絡(luò)檢波處理后傳送至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5將經(jīng)接收電路4處理后的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。主控模塊6通過數(shù)據(jù)線連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5，將模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5所產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行特征提取，獲得污水中固體垃圾的有無及尺寸信息，輸出結(jié)果。發(fā)射換能器2和接收換能器3選用防水型T/R40-16換能器，其中心頻率為40kHz，指向性角60度，防水封裝。接收電路4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、NE5532芯片組成的包絡(luò)檢波電路和S3C2440微處理器的接口電路組成(如圖3所示)。主控模塊6包括ARM9 S3C2440微處理器，發(fā)射電路由主控模塊ARM9 S3C2440微處理器控制4046振蕩電路輸出40kHz連續(xù)信號(hào)。
[0014]安裝在污水管渠7底部的發(fā)射換能器2發(fā)射中心頻率40k Hz的連續(xù)正弦波聲信號(hào)，以利用連續(xù)波信號(hào)的非均勻特性實(shí)現(xiàn)固體垃圾的尺寸信息監(jiān)測(cè)。安裝在管渠頂部的接收聲信號(hào)傳感器3接收聲信號(hào)。由主控模塊ARM9 S3C2440微處理器控制4046振蕩電路輸出40kHz連續(xù)信號(hào)。主控模塊6啟動(dòng)聲信號(hào)發(fā)射后，圖2所示由4046芯片構(gòu)成的壓控振蕩電路由S3C2440的GPBlO端口輸出低電平使能4046芯片輸出中心頻率40k Hz的連續(xù)振蕩信號(hào)，推動(dòng)發(fā)射換能器TS發(fā)射40kHz連續(xù)信號(hào)。聲信號(hào)接收電路4接收到的聲信號(hào)經(jīng)過前置放大電路放大、增益控制、帶通濾波、包絡(luò)檢波后輸入8通道模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片MAX118，S3C2440微處理器通過1 口 GPB2，3，4控制MAX118的輸入通道端A6、A7，通過定時(shí)器輸出腳T0UT0、T0UT1控制MAX118的讀出/寫入端口 WR、RD進(jìn)行采樣頻率20ksps的模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過數(shù)據(jù)線DATAO至DATA7對(duì)接收信號(hào)包絡(luò)進(jìn)行8bit模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果到主控模塊S3C2440微處理器的傳送。接收聲信號(hào)的非均勻性檢測(cè)過程以數(shù)字信號(hào)處理，采用作為主控模塊的ARM9 S3C2440微處理器處理實(shí)現(xiàn)，模數(shù)轉(zhuǎn)換后的聲接收信號(hào)包絡(luò)在S3C2440微處理器中進(jìn)行非均勻性特征參數(shù)的提取，判斷，報(bào)警輸出。
[0015]對(duì)接收的連續(xù)正弦波信號(hào)包絡(luò)進(jìn)行非均勻性特征檢測(cè)從而獲取污水中固體垃圾信息的過程，下面結(jié)合圖4進(jìn)行具體描述:發(fā)射換能器2安裝于污水管渠7底部發(fā)射40kHz連續(xù)正弦波信號(hào)(如圖4 (c)所示)，接收換能器3安裝于