[發明專利]一種基于有水管道的聲吶檢測系統

有效

• 申請號: 202110399166.5
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN112799077B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 劉守華;諶四華;付海;毛勇強;柴露;柳竹青
• 申請（專利權）人: 武漢中巖科技股份有限公司
• 主分類號: G01S15/88
• 分類號: G01S15/88;G01N29/04;G01V1/00;F17D5/00;G05B19/042
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 徐瑛

本發明公開一種基于有水管道的聲吶檢測系統，通過非接觸式電磁角位置檢測模塊實現對步進電機轉動角位置實時獲取，換能器信號線通過集電環連接方式，實現換能器可一直沿同一方向轉動連續檢測，提高檢測效率；換能器的激勵頻率由主控單元提供，即激勵頻率可控，確保該激勵方式適用于不同頻率的水聲換能器；換能器激勵電壓由電壓/電流輸出可調的電源模塊提供，即激勵電壓實時可調，實現在各種不同待測管徑條件下，一次激勵信號能量強度滿足檢測需求，且二次反射信號都能被準確感測并提取。本發明的管道聲吶檢測系統適用于有水管道檢測場景，避免了常規聲吶探頭存在的不足，提高管道聲吶設備的適用性和便捷性。

技術領域

本發明屬于管道聲吶檢測技術領域，具體為一種基于有水管道的聲吶檢測系統。

背景技術

現有技術中，常規的管道檢測方式包含通過管道電視、管道機器人、無線潛望鏡等方式實現對待測管道狀況進行檢測，這些檢測方式需要待測管道水位在1/3以下甚至更少；而管道聲吶檢測方式則可在待測管道水位較高甚至滿水狀態下對管道進行檢測，主要依靠聲波反射法對有水管道進行功能性檢測，例如管道缺陷狀態及位置、管道淤泥沉積狀態，彌補了常規檢測方式存在的不足，提高了管道檢測的便捷性和安全性。

管道聲吶檢測的基本原理為：采用聲波反射法，以待測管道內的水體作為聲波傳播的介質，通過水聲換能器發射特定頻率的激勵信號，并通過換能器接收從待測管道中二次反射的聲波信號進行分析，二次反射信號中幅值表示信號強度，時間表示待測物體與水聲換能器之間的距離。

現有的管道聲吶檢測在結構組成、連接方式、實現方式等方面具有以下特點：

1）結構組成方面：管道聲吶由PC機、線纜車、聲吶探頭組成，PC機、線纜車大體都相同，差別在于聲吶探頭，常規聲吶探頭內部由通訊單元、主控單元、信號激勵與調理單元、電機驅動單元、水聲換能器、步進電機組成，聲吶探頭采樣信號上傳方式也分為兩種，即采樣的模擬信號直接上傳給線纜車和采樣的模擬信號轉換為數字信號后再上傳給線纜車，后者傳輸方式的抗干擾能力更強。

2）連接方式方面：線纜車通過線纜與聲吶探頭內部的通訊單元連接，通訊單元與主控單元連接，主控單元分別與信號激勵與調理單元、電機驅動單元連接，信號激勵與調理單元與水聲換能器連接，電機驅動單元與步進電機連接，水聲換能器固定于步進電機旋轉軸上。

3）實現方式方面：系統上電后，PC機通過有線/無線的連接方式與線纜車連接，線纜車通過有線方式與聲吶探頭連接，具體實現方式為：PC機通過線纜車上的路由器及線纜車與聲吶探頭連接的電纜把指令發送給探頭內的主控單元，探頭內的主控單元接收到指令后依據指令通過電機驅動單元控制步進電機運動，通過信號激勵與調理單元產生固定頻率和幅值的激勵信號作用于水聲換能器，并在激勵換能器的同時，收集換能器感測的二次響應信號進行處理，同時主控單元不斷采集聲吶探頭整體姿態信息、氣壓信息，并逆向發送給PC機處理并顯示。

現有的管道聲吶檢測具有以下缺點：

1）開環控制：步進電機開環控制，即電機旋轉一周過程中實時角位置無法獲知，依據驅動步進電機轉動的脈沖個數和步進電機步距角換算并不能準確得出電機實時轉動的絕對角度，甚至無法檢測電機是否轉動，導致換能器的實時絕對角位置也無法準確獲知，最終采樣信號在上位機進行繪圖顯示時只能從固定起始點開始，將采樣數據包按照360°均分繪制，與待測物體缺陷的實際狀態和位置可能存在誤差。

2）刷新速度慢：市場上主流的管道聲吶探頭在檢測過程中，換能器從固定起始點開始轉動一圈完成檢測，到達機械限位點后反向轉動到起始點，因為若連續沿同一方向轉動則存在將換能器信號線擰斷的風險，且反向轉動過程中換能器不進行檢測，這種工作模式拉長了上位機圖像刷新時間。

3）激勵頻率不可調：常規的管道聲吶探頭，其激勵頻率是固定的，當更換換能器后，整個硬件部分需要重新設計，這與激勵方式及其后級的濾波電路相關連，因為不同頻率的換能器，其二次反射信號對應的帶通頻段范圍也不同，對應的后級信號調理電路也會不同。