[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种属于无损检测技术领域，具体涉及一种超声传感器的地下非金属管道分布探测装置及方法。

背景技术

非金属管道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。非金属管道的分布探测是检测和保护其安全运行的重要手段。非金属管道分布探测技术的成功开发将起到确保非金属管道安全运营，方便非金属管道的验收与检修，同时能避免对非金属管道的不必要破坏，大大减少因频繁大修所引起的损失，防止施工过程中对非金属管道的损害，大大节约了城市建设的资金和时间。

现有的地下非金属管道探测技术有：探底雷达、非金属管线探测仪、标志法。其中探底雷达技术受管道周围地址条件限制，干扰信号较多；非金属管线探测仪只适用于地下供水、排水、燃气等小口径非金属管道，并且需要管线在地表有暴露点；标志法则需要管道在铺设时在地下埋有相应的标记或者特质导线，如果没有标记或者特质导线则无法探测。以上方法皆存在很大的局限性。

发明内容

本发明提供了一种基于超声传感器的地下非金属管道分布探测装置及方法，可以在不开挖覆土、真正无接触、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接受到的反射波信号变化即可方便准确的检测地下管道的分布走向。

为实现上述目的，本发明提供一种基于超声传感器的地下非金属管道分布探测装置，其特点是，该探测装置包含：

拉伸杆；

超声传感器，其悬挂固定于上述拉伸杆一端边缘的下方，该超声传感器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，通过其转轴连接拉伸杆的另一端，步进电机通过拉伸杆带动超声传感器平行于地表平面的圆周步进平移；以及，

分别与上述步进电机和超声传感器电路连接的控制电路。

上述的控制电路包含：

步进电机驱动电路，其输出驱动脉冲驱动步进电机步进；

发射波激励电路，其输出激励脉冲驱动超声传感器发射超声波；

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

双向连接的上位机和数据采集模块，上位机通过数据采集模块分别驱动上述发射波激励电路和步进电机驱动电路；数据采集模块扫描采样反射波调理电路调理后的反射波信号导入上位机，上位机选取部分时间段的反射波信号进行分析处理。

上述的步进电机的步距角θ≤1.8°。

上述的步进电机高于地表平面悬挂固定设置。

上述的拉伸杆可沿其轴向拉伸，该拉伸杆长度r为25至100厘米。

上述的超声传感器采用压电式单晶片、收发一体超声传感器，其盲区d≤35cm，发射角为0°。

上述的数据采集模块包含：

模拟输出模块，其输出激励脉冲至超声传感器，并输出驱动脉冲至步进电机；

模拟输入模块，接收超声传感器输出的反射波信号。

一种基于超声传感器的地下非金属管道分布探测方法，其适用于任意一项上述的基于超声传感器的地下非金属管道分布探测装置；其特点是，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1.1、选取下方无管道的区域标记圆心位置O，将步进电机固定于圆心位置O的上方，设置拉伸杆的初始长度，确保超声传感器扫描范围内无杂物；

步骤1.2、上位机控制探测装置工作，步进电机驱动电路驱动步进电机带动超声传感器顺时针或逆时针平移一周，同时发射波激励电路激励超声传感器发射超声波进行扫描；

步骤1.3、超声传感器接收反射波信号传输至反射波调理电路进行调理；

步骤1.4、反射波调理电路将调理后的反射波信号传输至上位机进行处理分析；

步骤1.5、上位机将处理分析后的反射波信号的数据通过波形显示输出；

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

步骤2.2、步进电机驱动电路驱动步进电机带动超声传感器顺时针或逆时针平移一周，同时发射波激励电路激励超声传感器发射超声波进行扫描；

步骤2.3、超声传感器接收反射波信号传输至反射波调理电路进行调理；

步骤2.4、反射波调理电路将调理后的反射波信号传输至上位机进行处理分析；