[發(fā)明專利]基于低頻聲波的管道堵塞檢測系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811070051.6
• 申請日: 2018-09-13
• 公開（公告）號: CN109114436A
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙佳飛;梁會永;宋永臣;楊磊;劉衛(wèi)國;劉瑜;楊明軍;張毅;王大勇;凌錚;李洋輝
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: F17D5/06
• 分類號: F17D5/06
• 代理公司: 大連智高專利事務(wù)所(特殊普通合伙) 21235
• 代理人: 劉斌

1.一種基于低頻聲波的管道堵塞檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括波形發(fā)生器、低頻電聲換能器、傳聲器及信號解析裝置，波形發(fā)生器用于產(chǎn)生激勵(lì)信號，激勵(lì)信號傳輸給低頻電聲換能器，并由低頻電聲換能器將激勵(lì)信號轉(zhuǎn)換為低頻脈沖聲波信號，向管道內(nèi)發(fā)射，在管道內(nèi)形成入射波和反射波；傳聲器接收管道內(nèi)的聲波信號并傳輸?shù)叫盘柦馕鲅b置，信號解析裝置對聲波信號解析以反映堵塞物的位置。

2.如權(quán)利要求1所述的基于低頻聲波的管道堵塞檢測系統(tǒng)，其特征在于，還包括功率放大器、前置放大器、濾波裝置及數(shù)據(jù)采集裝置；

所述功率放大器用于將波形發(fā)生器產(chǎn)生的激勵(lì)信號放大處理，并將放大后的激勵(lì)信號傳給低頻電聲換能器；

聲波信號還包括噪聲信號；

所述前置放大器用于對傳聲器接收的管道內(nèi)的聲波信號放大處理；

所述濾波裝置用于對前置放大器輸出的聲波信號濾波處理；

所述數(shù)據(jù)采集裝置用于對濾波裝置輸出的聲波信號模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的信號傳輸給信號解析裝置。

3.如權(quán)利要求1所述的基于低頻聲波的管道堵塞檢測系統(tǒng)，其特征在于，管道的首端焊接與管道在水平方向呈25～35°的支管，所述的支管內(nèi)安裝低頻電聲換能器，所述的低頻電聲換能器和支管以法蘭連接。

4.如權(quán)利要求1所述的基于低頻聲波的管道堵塞檢測系統(tǒng)，其特征在于，低頻電聲換能器發(fā)射的聲波信號為線性調(diào)頻脈沖聲波信號。

5.如權(quán)利要求1所述的基于低頻聲波的管道堵塞檢測系統(tǒng)，其特征在于，線性調(diào)頻信號的表達(dá)式如下：

式中，A為信號幅度，f₀為中心頻率，k＝B/T為調(diào)頻斜率，B為信號帶寬，T為信號持續(xù)時(shí)間，t為時(shí)間。

6.如權(quán)利要求5所述的基于低頻聲波的管道堵塞檢測系統(tǒng)，其特征在于，低頻電聲換能器發(fā)射的聲波的頻率小于被檢測管道的一階截止頻率f_c，其中f_c根據(jù)如下公式計(jì)算：

式中，c是管道內(nèi)介質(zhì)中的聲速，r是被檢測管道的半徑。

7.如權(quán)利要求1所述的基于低頻聲波的管道堵塞檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述任意波形發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖信號分成兩路，其中一路脈沖信號直接傳輸給信號解析裝置，以用于確定低頻脈沖聲波發(fā)射的時(shí)刻，另一路脈沖信號用于激勵(lì)低頻電聲換能器產(chǎn)生低頻脈沖聲波，且部分低頻電聲換能器產(chǎn)生的低頻脈沖聲波作為入射波，首先由傳聲器接收，并傳輸給信號解析裝置，信號解析裝置解析得到入射波到達(dá)時(shí)刻，由低頻脈沖聲波發(fā)射的時(shí)刻與入射波到達(dá)時(shí)刻計(jì)算出入射波傳輸時(shí)間，并由信號解析裝置根據(jù)入射波傳輸時(shí)間和傳聲器距低頻電聲換能器的距離計(jì)算出管道中介質(zhì)的聲速。

8.如權(quán)利要求7所述的基于低頻聲波的管道堵塞檢測系統(tǒng)，其特征在于，低頻脈沖聲波信號在管道內(nèi)傳播，

當(dāng)?shù)皖l脈沖聲波信號遇到管道完全堵塞時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)反射波；

當(dāng)?shù)皖l脈沖聲波信號遇到管道非完全堵塞時(shí)，在堵塞的起點(diǎn)和堵塞的終點(diǎn)都產(chǎn)生反射波，而且堵塞的起點(diǎn)產(chǎn)生的反射波和堵塞的終點(diǎn)產(chǎn)生的反射波相位相反；

反射波被傳聲器接收，并傳輸給信號解析裝置，計(jì)算管道內(nèi)堵塞物的情況和堵塞位置。