[发明专利]基于超声传感器的地下非金属管道分布探测装置及方法

权利要求书

1.一种基于超声传感器的地下非金属管道分布探测装置，其特征在于，该探测装置包含：

拉伸杆（2）；

超声传感器（3），其悬挂固定于所述拉伸杆（2）一端边缘的下方，该超声传感器（3）发射超声波探测地下非金属管道，并接收地下非金属管道的反射波；

步进电机（1），通过其转轴连接拉伸杆（2）的另一端，步进电机（1）通过拉伸杆（2）带动超声传感器（3）平行于地表平面的圆周步进平移；以及，

分别与所述步进电机（1）和超声传感器（3）电路连接的控制电路。

2.如权利要求1所述的基于超声传感器的地下非金属管道分布探测装置，其特征在于，所述的控制电路包含：

步进电机驱动电路（6），其输出驱动脉冲驱动步进电机（1）步进；

发射波激励电路（4），其输出激励脉冲驱动超声传感器（3）发射超声波；

反射波调理电路（5），超声传感器（3）接收反射波输出至反射波调理电路（5），反射波调理电路（5）对该反射波信号进行调理；以及，

双向连接的上位机（8）和数据采集模块（7），上位机（8）通过数据采集模块（7）分别驱动所述发射波激励电路（4）和步进电机驱动电路（6）；数据采集模块（7）扫描采样反射波调理电路（5）调理后的反射波信号导入上位机（8），上位机（8）选取部分时间段的反射波信号进行分析处理。

3.如权利要求1所述的基于超声传感器的地下非金属管道分布探测装置，其特征在于，所述的步进电机（1）的步距角θ≤1.8°。

4.如权利要求1所述的基于超声传感器的地下非金属管道分布探测装置，其特征在于，所述的步进电机（1）高于地表平面悬挂固定设置。

5.如权利要求1所述的基于超声传感器的地下非金属管道分布探测装置，其特征在于，所述的拉伸杆（2）可沿其轴向拉伸，该拉伸杆（2）长度r为25至100厘米。

6.如权利要求1所述的基于超声传感器的地下非金属管道分布探测装置，其特征在于，所述的超声传感器（3）采用压电式单晶片、收发一体超声传感器，其盲区d≤35cm，发射角为0°。

7.如权利要求2所述的基于超声传感器的地下非金属管道分布探测装置，其特征在于，所述的数据采集模块（7）包含：

模拟输出模块（71），其输出激励脉冲至超声传感器（3），并输出驱动脉冲至步进电机（1）；

模拟输入模块（72），接收超声传感器（3）输出的反射波信号。

8.一种基于超声传感器的地下非金属管道分布探测方法，其适用于如权利要求1至权利要求7中任意一项所述的基于超声传感器的地下非金属管道分布探测装置；其特征在于，该方法包含以下步骤：

步骤1、探测装置从无管道区域开始采集反射波信号的波形；

步骤2、探测装置增大探测范围，直至反射波信号的波形中出现两处突起；

步骤3、上位机（8）设步进电机（1）在地表的垂直投射点定为圆心O，记录反射波信号的波形中出现两处突起分别与超声传感器（3）的扫描起始点之间的圆心角α和β；

步骤4、上位机（8）以超声传感器（3）在地表的垂直投射点A与圆心O的连线OA为圆心角α和β的一条边，顺时针或逆时针量取圆心角α和β，取得圆心角α和β的另一条边分别为OB和OC，该直线OB与直线OC分别与以O为圆心、OA为半径的圆周相交于点B和点C，该BC连线即为检测所得管道的走向，且该管道位于直线BC的正下方。

9.如权利要求8所述的基于超声传感器的地下非金属管道分布探测方法，其特征在于，所述步骤1包含以下步骤：

步骤1.1、选取下方无管道的区域标记圆心位置O，将步进电机（1）固定于圆心位置O的上方，设置拉伸杆（2）的初始长度，确保超声传感器（3）扫描范围内无杂物；

步骤1.2、上位机（8）控制探测装置工作，步进电机驱动电路（6）驱动步进电机（1）带动超声传感器（3）顺时针或逆时针平移一周，同时发射波激励电路（4）激励超声传感器（3）发射超声波进行扫描；

步骤1.3、超声传感器（3）接收反射波信号传输至反射波调理电路（5）进行调理；

步骤1.4、反射波调理电路（5）将调理后的反射波信号传输至上位机（8）进行处理分析；

步骤1.5、上位机（8）将处理分析后的反射波信号的数据通过波形显示输出。

10.如权利要求8所述的基于超声传感器的地下非金属管道分布探测方法，其特征在于，所述步骤2包含以下步骤：

步骤2.1、增大拉伸杆（2）的长度，扩大探测范围，并确保超声传感器（3）扫描范围内无杂物；拉伸杆（2）长度的增大量小于等于超声传感器（3）探测半径的两倍；

步骤2.2、步进电机驱动电路（6）驱动步进电机（1）带动超声传感器（3）顺时针或逆时针平移一周，同时发射波激励电路（4）激励超声传感器（3）发射超声波进行扫描；

步骤2.3、超声传感器（3）接收反射波信号传输至反射波调理电路（5）进行调理；

步骤2.4、反射波调理电路（5）将调理后的反射波信号传输至上位机（8）进行处理分析；

步骤2.5、上位机（8）将分析处理后的反射波信号数据与步骤1中所得的反射波信号的数据进行比较分析，并以通过波形显示输出分析处理后的反射波信号数据；

步骤2.5、上位机（8）判断反射波信号的波形中是否出现两处突起，若是，则跳转到步骤3，若否，则跳转到步骤2.1。