专利名称：基于反射型超声波传感器的地下管道探测装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种地下塑料管道的探测装置及探测方法，尤其是指一种基于反射型超声波传感器阵列的地下塑料管道的探测装置及探测方法。
背景技术：
地下管道、电缆在当今城市基本建设中得到了极其广泛的应用，在国家的经济发展和人民的生产生活中占有极其重要位置。对地下管道、电缆的分布探测是检测和保护其安全运行的重要手段。地下管道分布探测技术的成功开发将起到确保地下管道、电缆安全运营，方便地下管道、电缆的验收与检修，同时能避免对地下管道、电缆的不必要破坏，大大减少因频繁修建所引起的损失，防止施工过程中对地下管道、电缆的损害，大大节约了城市建设的资金和时间。 在现有技术中，地下塑料管道探测方法主要有甚低频电磁法和红外线辐射法。其中，甚低频电磁法利用长波电台，发射低频电磁波作场源，电磁波在传播过程中将管线及其周围介质极化，利用管线与周围介质在物性上的差异引起的阻抗差异来实现探测；但是此方法成本较高，易受外界干扰，操作复杂，探测精度相对不高。而红外线辐射法主要利用同一大气条件下、同一时刻地下不同介质特性的差异，由测得的温度差异来确定管线的分布，此法对探测深度有具体要求，探测时间较长，工作量大，成本同样很高。

发明内容
本发明的目的是提供一种基于反射型超声波传感器的地下管道探测装置及方法，能够在不开挖覆土、不影响地下管道正常使用的情况下，通过直接检测位于管道地表上方的反射型超声波传感器感应电压值的变化，即可方便准确的检测地下塑料管道的分布走向，并且无需温度补偿、适用地表范围可调、操作方便，探测精度高。为实现上述目的，本发明提供一种基于反射型超声波传感器的地下管道探测装置，其具体包含反射型超声波传感器阵列，与所述反射型超声波传感器阵列通过电路连接的信号调理电路，与所述信号调理电路通过电路连接的数字信号处理器，以及分别与所述数字信号处理器通过电路连接的LED显示电路和拨码开关控制电路。所述反射型超声波传感器阵列包含若干传感器组件，每个传感器组件包含长条形拉伸杆，以及分别设置在所述长条形拉伸杆两端的反射型超声波传感器。每个所述的传感器组件以各自长条形拉伸杆的中心点为圆心叠加点均匀分布设置，即全部反射性超声波传感器在同一平面内共圆。每个所述的反射性超声波传感器的输出端经过信号调理电路与数字信号处理器的输入端相连接，所述信号调理电路将每个反射性超声波传感器接收到的感应电压值，通过数据线导入数字信号处理器进行分析处理。所述的反射性超声波传感器采用压电晶体式材料制成，其工作电压为直流电10 30V，波束角为3° 10°。
本发明还提供一种基于反射型超声波传感器的地下管道探测方法，具体包含以下步骤
步骤I、在确定地下探测区域的范围之后，将所述的反射型超声波传感器阵列水平放置，并且将每个传感器组件的长条形拉伸杆拉伸到相同长度；
步骤2、打开拨码开关控制电路5的激励开关，激励信号经由DSP 3依次向每个反射性超声波传感器12的激励端供电，并激励反射性超声波传感器12发射超声波，超声波在地下传播过程中遇到塑料管道会发生反射，每个反射性超声波传感器12将接收到反射波信号而产生相应的感应电压值；
步骤3、所述每个反射性超声波传感器12将接收到的感应电压值通过信号调理电路2传输至DSP 3内；
步骤4、DSP 3对接收到的全部反射性超声波传感器12所采集的感应电压值进行比较 分析，找出感应电压值最大且大小最接近的两个反射性超声波传感器12，即可确定探测区域内的地下塑料管道的走向与这两个反射性超声波传感器12的连线方向近似平行，并且DSP 3将结果传输至LED显示电路4显示；
步骤5、统一调整并变动每个传感器组件的长条形拉伸杆的长度；重复操作上述步骤I 步骤4，如果所测得的结果与前次结果相同，则可更加精确确定地下塑料管道的走向及分布情况。综上所述，本发明所提供的基于反射型超声波传感器的地下塑料管道探测装置及探测方法，能够在不开挖覆土、不影响地下管道正常使用的情况下，通过直接检测位于管道地表上方的反射型超声波传感器感应电压值的变化，即可方便准确的检测地下塑料管道的分布走向，并且无需温度补偿、适用地表范围可调、操作方便，探测精度高。


图I为本发明中的反射型超声波传感器阵列的结构示意 图2为本发明中的基于反射型超声波传感器的地下塑料管道探测装置的结构示意图； 图3为本发明中的信号调理电路的结构示意图。
具体实施例方式以下结合图I 图3，详细说明本发明的一个优选实施例。如图2所示，为本发明所提供的基于反射型超声波传感器的地下塑料管道探测装置的结构示意图。该探测装置用于测量地下塑料管道、线缆等的走向与分布情况，具体包含反射型超声波传感器阵列1，与所述反射型超声波传感器阵列I通过电路连接的信号调理电路2，与所述信号调理电路2通过电路连接的DSP (数字信号处理器)3，以及分别与所述数字信号处理器3通过电路连接的LED (发光二极管)显示电路4和拨码开关控制电路5。其中，所述反射型超声波传感器阵列I包含若干传感器组件，每个传感器组件包含长条形拉伸杆11，以及分别设置在所述长条形拉伸杆11两端的反射型超声波传感器12。每个所述的传感器组件以各自长条形拉伸杆11的中心点为圆心叠加点均匀分布设置，使得全部反射性超声波传感器12在同一平面内共圆。每个所述的反射性超声波传感器12的输出端经过信号调理电路2与DSP 3的输入端相连接，所述信号调理电路2将每个反射性超声波传感器12接收到的感应电压值，通过数据线导入DSP 3进行分析处理。如图I所示，在本发明的一个优选实施例中，所述反射型超声波传感器阵列I包含8个传感器组件，每个传感器组件包含一根长条形拉伸杆11，以及分别设置在该长条形拉伸杆11两端的反射型超声波传感器12。且所述的8个传感器组件分别以各自长条形拉伸杆11的中心点为圆心叠加点均匀分布设置，使得全部共16个反射性超声波传感器12在同一平面内共圆。所述的反射性超声波传感器12采用压电晶体式材料制成，其工作电压为直流电10 30V，波束角为3° 10°。本实施例中，所述DPS采用的型号为TMS320X281x。所述拨码开关控制电路5由电源开关、复位开关、激励开关、采集开关等拨码开关 构成。本发明所提供的基于反射型超声波传感器的地下塑料管道探测装置，其在实际使用过程中，具体检测方法如下所述。步骤I、在确定地下探测区域的范围之后，将所述的反射型超声波传感器阵列I水平放置，并且将每个传感器组件的长条形拉伸杆11拉伸到相同长度；
步骤2、打开拨码开关控制电路5的激励开关，激励信号经由DSP 3依次向每个反射性超声波传感器12的激励端供电，并激励反射性超声波传感器12发射超声波，超声波在地下传播过程中遇到塑料管道会发生反射，每个反射性超声波传感器12将接收到反射波信号而产生相应的感应电压值；
如图3所示，所述拨码开关控制电路5的激励开关发出的激励信号依次经过DSP 3，信号调理电路2中的传感器选通电路21、D/A转换电路22 (采用DA9754的型号实现)、第一滤波电路23和第一放电电路24,最终传输至反射性超声波传感器12的激励端,激励其发射超声波；
步骤3、所述每个反射性超声波传感器12将接收到的感应电压值通过信号调理电路2传输至DSP 3内；
如图3所示，所述反射性超声波传感器12的感应端将接收到的感应电压值依次经过信号调理电路2中的第二滤波电路25、第二放大电路26、A/D转换电路27 (采用AD9240的型号实现)、传感器选通电路21，最终传输至DSP 3；
步骤4、DSP 3对接收到的全部反射性超声波传感器12所采集的感应电压值进行比较分析，找出感应电压值最大且大小最接近的两个反射性超声波传感器12，即可确定探测区域内的地下塑料管道的走向与这两个反射性超声波传感器12的连线方向近似平行，并且DSP 3将结果传输至LED显示电路4显示；
步骤5、统一调整并变动每个传感器组件的长条形拉伸杆11的长度；重复操作上述步骤I 步骤4，如果所测得的结果与前次结果相同，则可更加精确确定地下塑料管道的走向及分布情况。综上所述，本发明所提供的基于反射型超声波传感器的地下塑料管道探测装置及探测方法，可以在不开挖覆土、无需温度补偿、适用地表范围可调、携带方便、成本较低、操作方便、不影响正常使用的情况下，通过直接检测位于管道地表上方的传感器感应电压值的变化，即可方便准确的检测地下塑料管道的分布走向，探测精度高。尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的 描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种基于反射型超声波传感器的地下管道探测装置，其特征在于，该探测装置包含: 反射型超声波传感器阵列(I); 与所述反射型超声波传感器阵列(I)通过电路连接的信号调理电路(2); 与所述信号调理电路(2)通过电路连接的数字信号处理器(3);以及分别与所述数字信号处理器(3)通过电路连接的LED显示电路(4)和拨码开关控制电路(5)； 其中，所述反射型超声波传感器阵列(I)包含若干传感器组件，每个传感器组件包含长条形拉伸杆(11)，以及分别设置在所述长条形拉伸杆(11)两端的反射型超声波传感器(12)。
2.如权利要求I所述的基于反射型超声波传感器的地下管道探测装置，其特征在于，每个所述的传感器组件以各自长条形拉伸杆(11)的中心点为圆心叠加点均匀分布设置，即全部反射性超声波传感器(12)在同一平面内共圆。
3.如权利要求I所述的基于反射型超声波传感器的地下管道探测装置，其特征在于，每个所述的反射性超声波传感器(12)的输出端经过信号调理电路(2)与数字信号处理器(3)的输入端相连接，所述信号调理电路(2)将每个反射性超声波传感器(12)接收到的感应电压值，通过数据线导入数字信号处理器(3)进行分析处理。
4.如权利要求I所述的基于反射型超声波传感器的地下管道探测装置，其特征在于，所述的反射性超声波传感器(12)采用压电晶体式材料制成，其工作电压为直流电10 30V，波束角为3° 10°。
5.一种基于反射型超声波传感器的地下管道探测方法，其特征在于，包含以下步骤 步骤I、在确定地下探测区域的范围之后，将所述的反射型超声波传感器阵列(I)水平放置，并且将每个传感器组件的长条形拉伸杆(11)拉伸到相同长度； 步骤2、打开拨码开关控制电路(5)的激励开关，激励信号经由数字信号处理器(3)依次向每个反射性超声波传感器(12)的激励端供电，并激励反射性超声波传感器(12)发射超声波，超声波在地下传播过程中遇到塑料管道会发生反射，每个反射性超声波传感器(12)将接收到反射波信号而产生相应的感应电压值； 步骤3、所述每个反射性超声波传感器(12)将接收到的感应电压值通过信号调理电路(2)传输至数字信号处理器(3)内； 步骤4、DSP (3)对接收到的全部反射性超声波传感器(12)所采集的感应电压值进行比较分析，找出感应电压值最大且大小最接近的两个反射性超声波传感器(12)，即可确定探测区域内的地下塑料管道的走向与这两个反射性超声波传感器(12)的连线方向近似平行，并且数字信号处理器(3)将结果传输至LED显示电路(4)显示； 步骤5、统一调整并变动每个传感器组件的长条形拉伸杆(11)的长度；重复操作上述步骤I 步骤4，如果所测得的结果与前次结果相同，则可更加精确确定地下塑料管道的走向及分布情况。
全文摘要
本发明涉及一种基于反射型超声波传感器的地下管道探测装置，包含反射型超声波传感器阵列，与所述反射型超声波传感器阵列通过电路连接的信号调理电路，与所述信号调理电路通过电路连接的DSP，以及分别与所述DSP通过电路连接的LED显示电路和拨码开关控制电路。本发明还提供一种基于反射型超声波传感器的地下管道探测方法。本发明能够在不开挖覆土、不影响地下管道正常使用的情况下，通过直接检测位于管道地表上方的反射型超声波传感器感应电压值的变化，即可方便准确的检测地下塑料管道的分布走向，并且无需温度补偿、适用地表范围可调、操作方便，探测精度高。
文档编号G01V1/00GK102841370SQ20121035909
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月25日 优先权日2012年9月25日
发明者尹武良, 李安阳 申请人:上海海事大学