CN102537667B - 一种地下水管渗漏检测定位系统及方法 - Google Patents

一种地下水管渗漏检测定位系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地下水管渗漏检测定位系统及方法，系统包括超声波接受器、探测装置和PC计算机；超声波接受器与PC计算机的音频接口相连，超声波接受器接收探测装置发出的超声波脉冲后将超声波脉冲转换为电信号，并将该电信号传送至PC计算机；本发明实现了水管漏水位置检测与精确定位，为水管开挖、修补提供依据。

Description

一种地下水管渗漏检测定位系统及方法
技术领域    
本发明涉及检测技术领域，尤其涉及一种地下水管渗漏检测定位系统及其方法。
背景技术    
地球上的淡水资源非常稀缺, 经过水厂处理之后的自来水更是需要珍惜使用，然而在平时生活中，有大量的自来水由于地下水管的渗漏而白白浪费掉了。
城市自来水管绝大部分是敷设在地下，当水管破损发生漏水时不可能全面开挖修补，必须对漏水点进行定位，然后开挖、修补。目前，水管漏水点的定位是依靠维修人员听地下的漏水声来确定漏水位置的。当漏水不严重时，维修人员很难听到漏水声；只有当水管破损严重，造成大量漏水，漏水声很大时，才能发现漏水点位置。但是这时水资源早已大量浪费了。因此，及早发现水管渗漏、定位修补，是节水的关键环节之一。
如果利用管道机器人的步行机构进行机械定位，那么由于步行机构打滑，就会造成定位不准；如果采用有线机器人，依靠电线的长度进行定位，那么就带来电缆的消毒、电线的牵绕等问题；如果采用无线电传输定位，那么当水管为铁管或者钢筋水泥时，信息将无法正确传送。
发明内容    
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种地下水管渗漏检测定位系统及方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种地下水管渗漏检测定位系统，它包括：超声波接受器、探测装置和PC计算机等；超声波接受器与PC计算机的音频接口相连，超声波接受器接收探测装置发出的超声波脉冲后将超声波脉冲转换为电信号，并将该电信号传送至PC计算机；所述探测装置主要由防水外壳、电源模块、控制器、马达、马达驱动器、超声波发生器、存储器、USB输出接口、CCD摄像机和LED灯等组成；其中，所述电源模块、控制器、马达驱动器、超声波发生器、存储器和USB输出接口均密封在防水外壳内，CCD摄像机、LED灯和马达均固定在防水外壳上；控制器、超声波发生器、马达驱动器、存储器、CCD摄像机和LED灯均由电源模块供电，马达驱动器、超声波发生器、存储器、USB输出接口、CCD摄像机和LED灯分别与控制模块相连，LED灯固定在CCD摄像机前面，马达与马达驱动器相连。
一种应用上述系统的地下水管渗漏检测定位方法，包括以下步骤：
（1）将超声波接受器固定在地下水管的进水口，将探测装置放入地下水管的进水口；开启探测装置；所述开启探测装置具体为：打开LED照明灯，然后,把控制器内的超声波脉冲计数器初值置为零，开启CCD摄像机。
（2）探测装置2在地下水管内随水流前进，CCD摄像机不断摄取水管内壁的图像，超声波发生器同时不断发出超声波定时脉冲，水管内壁的图像与所发送超声波定时脉冲的序号同步存入存储器，直至探测装置从地下水管的出水口流出。
（3）超声波接受器不断接受探测装置发出的超声波定时脉冲，与超声波接受器相连的PC计算机则不断记录收到的各个超声波脉冲的时刻。从而得出探测装置2离开地下水管的进水口的距离。
（4）从USB输出接口输出步骤（2）同步嵌入了超声波定时脉冲序号的图像，并根据水管渗漏部位的图像嵌入的超声波序号，以及所记录的接受到对应超声波脉冲的时刻，可以得到地下水管渗漏部位的具体位置。
本发明的有益效果是，本发明采用大规模FPGA的嵌入式硬件探测装置：驱动摄像机对地下水管的管壁进行摄像；周期性发送超声波脉冲，并把发送超声波序号嵌入到所摄图像中去；在探测入口利用超声波接受器接受超声波信号，并用PC计算机记录每次收到超声波脉冲的时间；最后，当探测装置游历完被测试水管，到达出口后，取出整个装置。通过对记录的水管内壁图像进行分析可以精确得到地下水管的渗漏位置，从而实现了水管漏水位置检测与精确定位，为水管开挖、修补提供依据。
附图说明
图1是定位探测装置的使用示意图；
图2是定位方法的示意图；
图3是定位探测装置的硬件框架图；
图4是控制模块的运行流程图；
图5为超声波定时发生器的电气原理框图。
具体实施方式
如图1所示，本发明地下水管渗漏检测定位系统包括超声波接受器1、探测装置2和PC计算机3；超声波接受器1与PC计算机3的音频接口相连，超声波接受器1接收探测装置2发出的超声波脉冲后将超声波脉冲转换为电信号，并将该电信号传送至PC计算机3。
如图3所示，探测装置2主要由防水外壳、电源模块、控制器、马达、马达驱动器、超声波发生器、存储器、USB输出接口、CCD摄像机和LED灯组成。其中，电源模块、控制器、马达驱动器、超声波发生器、存储器和USB输出接口均密封在防水外壳内，CCD摄像机、LED灯和马达均固定在防水外壳上。控制器、超声波发生器、马达驱动器、存储器、CCD摄像机和LED灯均由电源模块供电，马达驱动器、超声波发生器、存储器、USB输出接口、CCD摄像机和LED灯分别与控制模块相连，LED灯固定在CCD摄像机前面，马达与马达驱动器相连。
控制器可以由FPGA（Field Programable Gate Array现场可编程门阵列）、单片机或DSP（Digital Singnal Processor数字信号处理器）实现。控制器包括超声波脉冲计数器。控制器控制马达的启动与停止、超声波发生器发出的脉冲频率、摄像机的工作状态；在控制器控制下把慑取的图像数据记录到存储器，并嵌入超声波序号，同时可以把记录在存储器中的数据，通过USB接口向外输出。
如图4所示，控制器控制整个装置的启停。开启时,完成装置的初始化工作。装置每发送一个超声波脉冲,则控制脉冲计数器的值加1。然后,把脉冲计数值和当前的视频图象保存到存储器之中。停机时,则应当关掉整机的电源。
如图5所示，超声波发生器主要由三个反相器F1、F2、F3组成的振荡器（反相器F3的输出为40kHZ方波，工作频率主要由电容C1、电阻R1和可变电阻RP决定，用可变电阻RP来调节频率）和由F4输出所激励的超声波换能器T40-16组成。超声波换能器T40-16可以采用美国德州仪器、日本富士通等公司的产品。超声波发生器定时发出超声波脉冲。
超声波接受器1接收探测装置2发出的超声波脉冲后将超声波脉冲转换为电信号，并将该电信号传送至PC计算机3，PC计算机3实时记录并监视探测装置2在水管内的位置。
本发明的工作过程如下：首先在自来水的进水口固定好超声波接受器1。然后,把探测装置2放入进水口,并启动。探测装置2沿水管前进。探测装置2的CCD摄像机记录沿途自来水管内壁的图像,同时记录所发送的超声波脉冲序号。在自来水管的出水口取出本发明的探测装置2。通过,查看记录的水管渗漏部位内壁图象和所对应的超声波脉冲序号，以及超声波接受器1接受到的对应超声波脉冲的时间,就可以得到水管渗漏部位到水管进水口的路程长度。再参考水管敷设的管路图,最终就可以确定水管渗漏的具体位置。
具体来说，地下水管内壁的图像信息由CCD摄像机全方位获取；超声波发生器定时产生超声波脉冲；同时，探测装置2把发出超声波的序号嵌入到摄入的图像中去；然后，把已经嵌入序号的图像信息保存在内置的存储器之中；地下水管端口的超声波接受器1接受超声波信号，每当接收到一次超声波信号，则记录下当前的时间点。
如图2所示，为简单起见，这里把一根笔直的地下水管的起始端口作为位置起点0，起点0处放着超声波受话器，水管内壁的摄像从起点0处开始计时。接收到第一个超声波信号的时间点记为t1，以此类推，当接收到第n个超声波信号的时间点记为tn。这样，只要从图像信息中发现任意一个超声波序号处的渗漏，就可以精确地计算出水管的渗漏位置。计算公式如下：当tn处有渗漏，渗漏点离起点端口处的距离为
Figure 2011104496074100002DEST_PATH_IMAGE001
；         
式中，v表示超声波在水中传播速度，T表示为超声波定时发生的周期。
本发明地下水管渗漏检测定位方法，包括以下步骤：
1、将超声波接受器1固定在地下水管的进水口，将探测装置2放入地下水管的进水口；开启探测装置2；
开启探测装置2具体为：打开LED照明灯，然后,把控制器内的超声波脉冲计数器初值置为零，开启CCD摄像机。
2、探测装置2在地下水管内随水流前进，CCD摄像机不断摄取水管内壁的图像，超声波发生器同时不断发出超声波定时脉冲，水管内壁的图像与所发送超声波定时脉冲的序号同步存入存储器，直至探测装置2从地下水管的出水口流出。
3、超声波接受器1不断接受探测装置2发出的超声波定时脉冲，与超声波接受器1相连的PC计算机3则不断记录收到的各个超声波脉冲的时刻。从而得出探测装置2离开地下水管的进水口的距离。
4、从USB输出接口输出步骤（2）同步嵌入了超声波定时脉冲序号的图像，并根据水管渗漏部位的图像嵌入的超声波序号，以及所记录的接受到对应超声波脉冲的时刻，可以得到地下水管渗漏部位的具体位置。
本发明采用水下摄像对水管内壁检查，超声波测量技术对图像进行定位，从而实现了水管漏水位置检测与精确定位，为水管开挖、修补提供依据。

Claims (2)

1.一种地下水管渗漏检测定位系统，其特征在于，它包括：超声波接受器（1）、探测装置（2）和PC计算机（3）；超声波接受器（1）与PC计算机（3）的音频接口相连，超声波接受器（1）接收探测装置（2）发出的超声波脉冲后将超声波脉冲转换为电信号，并将该电信号传送至PC计算机（3）；所述探测装置（2）主要由防水外壳、电源模块、控制器、马达、马达驱动器、超声波发生器、存储器、USB输出接口、CCD摄像机和LED灯组成；其中，所述电源模块、控制器、马达驱动器、超声波发生器、存储器和USB输出接口均密封在防水外壳内，CCD摄像机、LED灯和马达均固定在防水外壳上；控制器、超声波发生器、马达驱动器、存储器、CCD摄像机和LED灯均由电源模块供电，马达驱动器、超声波发生器、存储器、USB输出接口、CCD摄像机和LED灯分别与控制模块相连，LED灯固定在CCD摄像机前面，马达与马达驱动器相连。
2.一种应用权利要求1所述系统的地下水管渗漏检测定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）将超声波接受器（1）固定在地下水管的进水口，将探测装置（2）放入地下水管的进水口；开启探测装置（2）；所述开启探测装置（2）具体为：打开LED照明灯，然后把控制器内的超声波脉冲计数器初值置为零，开启CCD摄像机；
（2）探测装置（2）在地下水管内随水流前进，CCD摄像机不断摄取水管内壁的图像，超声波发生器同时不断发出超声波定时脉冲，水管内壁的图像与所发送超声波定时脉冲的序号同步存入存储器，直至探测装置（2）从地下水管的出水口流出；
（3）超声波接受器（1）不断接受探测装置（2）发出的超声波定时脉冲，与超声波接受器（1）相连的PC计算机（3）则不断记录收到的各个超声波脉冲的时刻；从而得出探测装置（2）离开地下水管的进水口的距离；
（4）从USB输出接口输出步骤（2）同步嵌入了超声波定时脉冲序号的图像，并根据水管渗漏部位的图像嵌入的超声波序号，以及所记录的接受到对应超声波脉冲的时刻，得到地下水管渗漏部位的具体位置。
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