CN103551335A - 可变辐射面的水下构建物超声清洗维护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可变辐射面的水下构建物超声清洗维护装置，它包括计算机、核心处理器、超声波信号驱动器、超声波功率放大器、换能器切换控制器、换能器阵、图像处理器和水下摄像机；其中，换能器阵具有多个换能器；水下摄像机的信号输出端通过图像处理器与核心处理器相连接；核心处理器分别通过其上的信号输出端与换能器切换控制器和水下摄像机相连接；计算机与核心处理器相连接以实现双向信号传输；超声波信号驱动器；超声波功率放大器的信号输出端与换能器切换控制器相连接；换能器切换控制器的信号输出端与换能器阵相连接。本发明能够根据水下构建物表面污垢的大小情况，实时调节超声波清洗面积的大小，有效地减少清洗功耗，提高清洗效率。

Description

可变辐射面的水下构建物超声清洗维护装置
技术领域
本发明涉及一种可变辐射面的水下构建物超声清洗维护装置，属于超声波清洗技术领域。
背景技术
目前，随着社会的发展，人们对地球的探索越来越深入，由于水中资源非常丰富，人们探索与利用水中资源的步伐也在日益加快，例如开采海洋中的石油资源，利用水力来发电、蓄洪等。开发水资源给人们的生活带来便利的同时也伴随着许多危险：大坝、海洋钻井设备等都处于水下，很难维护和清洗。这些水下构建物一旦出现诸如裂缝、空洞、钢筋锈蚀等缺陷，容易引起建筑物倒塌，发生灾难性事故，并且苔藓等水生生物滋生在上述构建物上也是导致裂缝等缺陷的重要原因之一，所以，对水下构建物的无损清洗和检测是防止该类恶性事件发生的重要手段。
由于水下的环境十分复杂多变，干扰因素诸多，这给维护水下构建物提出了巨大的难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种可变辐射面的水下构建物超声清洗维护装置，它能够根据水下构建物表面污垢的大小情况，实时调节超声波清洗面积的大小，有效地减少清洗功耗，提高清洗效率。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种可变辐射面的水下构建物超声清洗维护装置，它包括计算机、核心处理器、超声波信号驱动器、超声波功率放大器、换能器切换控制器、换能器阵、图像处理器和水下摄像机，其中，
换能器阵，其具有多个换能器；
水下摄像机，其信号输出端通过图像处理器与核心处理器相连接，用于采集水下图像信息并传递给图像处理器处理后传递至核心处理器；
核心处理器，其分别通过其上的信号输出端与换能器切换控制器和水下摄像机相连接，用于输出摄像开关信号传递至水下摄像机使其打开或关闭，还用于根据相应的换能器控制命令信号产生相应的通断命令并将其传递给换能器切换控制器；
计算机，其与核心处理器相连接以实现双向信号传输，用于接收核心处理器所传递的水下图像信息并根据该水下图像信息输入换能器控制命令信号并将其传递给核心处理器；
超声波信号驱动器，其信号输出端与超声波功率放大器相连接，用于输出换能器谐振频率信号并将其传递给超声波功率放大器；
超声波功率放大器，其信号输出端与换能器切换控制器相连接，用于接收换能器谐振频率信号产生谐振频率放大信号并将其传递给换能器切换控制器；
换能器切换控制器，其信号输出端与换能器阵相连接，用于根据相应的通断命令信号接通或断开超声波功率放大器和换能器阵中的多个换能器的谐振频率放大信号的传递。
进一步，所述的换能器阵由十六个换能器组成，换能器的换能器谐振频率为28KHZ。
进一步，所述的换能器切换控制器由与相应换能器一一对应的多个继电器组成。
进一步，所述的超声波功率放大器为桥式功率放大电路。
进一步，所述的超声波信号驱动器具有SG3525控制芯片，其换能器谐振频率信号的频率为28kHZ。
进一步，所述的核心处理器具有RS232串行接口，并通过该RS232串行接口连接计算机。
采用了上述技术方案后，本发明采用可变超声波辐射面的清洗方式，即通过水下摄像机实时监测水下构建物，根据构建物表面污垢情况，人工操作换能器切换控制器，控制换能器阵中任意换能器的工作状态，改变清洗面积的大小，使用该水下构建物超声清洗维护装置可以有效地减少清洗功耗，提高清洗效率。
附图说明
图1为本发明的可变辐射面的水下构建物超声清洗维护装置的原理框图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种可变辐射面的水下构建物超声清洗维护装置，它包括计算机、核心处理器、超声波信号驱动器、超声波功率放大器、换能器切换控制器、换能器阵、图像处理器和水下摄像机，其中，
换能器阵，其具有多个换能器；
水下摄像机，其信号输出端通过图像处理器与核心处理器相连接，用于采集水下图像信息并传递给图像处理器处理后传递至核心处理器；
核心处理器，其分别通过其上的信号输出端与换能器切换控制器和水下摄像机相连接，用于输出摄像开关信号传递至水下摄像机使其打开或关闭，还用于根据相应的换能器控制命令信号产生相应的通断命令并将其传递给换能器切换控制器；核心处理器采用单片机MSP430F149，拥有与外界通信的串行接口，用于控制换能器切换控制器，并将图像处理器的数据发送至计算机，为实现低成本低功耗的目的，本发明涉及的可变辐射面的水下构建物超声清洗维护装置使用MSP430系列超低功耗单片机作为核心处理器，在低功耗的前提下能够保证性能够强，增强系统的可靠性和稳定性，保证系统长期稳定的工作。
计算机，其与核心处理器相连接以实现双向信号传输，用于接收核心处理器所传递的水下图像信息并根据该水下图像信息输入换能器控制命令信号并将其传递给核心处理器；
超声波信号驱动器，其信号输出端与超声波功率放大器相连接，用于输出换能器谐振频率信号并将其传递给超声波功率放大器；
超声波功率放大器，其信号输出端与换能器切换控制器相连接，用于接收换能器谐振频率信号产生谐振频率放大信号并将其传递给换能器切换控制器；
换能器切换控制器，其信号输出端与换能器阵相连接，用于根据相应的通断命令信号接通或断开超声波功率放大器和换能器阵中的多个换能器的谐振频率放大信号的传递。
换能器阵由十六个换能器组成，换能器的换能器谐振频率为28KHZ。换能器阵由核心处理器控制，决定换能器阵中各个换能器的工作状态。换能器阵是由16个换能器组成的4×4排列的换能器阵，用于清洗作业。这16个换能器能够各自独立工作，可以使清洗模块以任意辐射面进行清洗，达到可变辐射面的目的，同时也可以有效地减少清洗功耗，提高清洗效率。
换能器切换控制器由与相应换能器一一对应的多个继电器组成。
超声波功率放大器为桥式功率放大电路，用于驱动换能器阵的工作。 
超声波信号驱动器具有SG3525控制芯片，通过调节电阻可让其产生中心频率为28kHz的矩形波信号，也就是使换能器谐振频率信号的频率为28kHZ。
核心处理器具有RS232串行接口，并通过该RS232串行接口连接计算机。
图像处理器，以DSP处理器TMS320DM642GDK为核心，用于将水下摄像机采集的数据进行压缩编码处理后发送至核心处理器。
本发明的工作原理如下：
将水下摄像机固定在清洗模块上并一同置于水下，先由计算机通过串口通信发送指令给核心处理器以启动水下摄像机进行拍摄，拍摄之后生成的图像信息送入图像处理器进行处理并将结果返还给核心处理器，核心处理器再将图像信息通过串口发回给计算机。
用户对图像信息进行分析后，可操作计算机发送指令给核心处理器以操作换能器切换控制器，控制换能器阵中的每一个换能器的工作或停止工作。
最后经由核心处理器控制超声波信号驱动器产生频率为28kHz的方波信号驱动超声波功率放大器带动换能器阵工作，发出超声波，利用超声波的空化效应进行清洗作业。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可变辐射面的水下构建物超声清洗维护装置，其特征在于：它包括计算机、核心处理器、超声波信号驱动器、超声波功率放大器、换能器切换控制器、换能器阵、图像处理器和水下摄像机；其中，
换能器阵，其具有多个换能器；
水下摄像机，其信号输出端通过图像处理器与核心处理器相连接，用于采集水下图像信息并传递给图像处理器处理后传递至核心处理器；
核心处理器，其分别通过其上的信号输出端与换能器切换控制器和水下摄像机相连接，用于输出摄像开关信号传递至水下摄像机使其打开或关闭，还用于根据相应的换能器控制命令信号产生相应的通断命令并将其传递给换能器切换控制器；
计算机，其与核心处理器相连接以实现双向信号传输，用于接收核心处理器所传递的水下图像信息并根据该水下图像信息输入换能器控制命令信号并将其传递给核心处理器；
超声波信号驱动器，其信号输出端与超声波功率放大器相连接，用于输出换能器谐振频率信号并将其传递给超声波功率放大器；
超声波功率放大器，其信号输出端与换能器切换控制器相连接，用于接收换能器谐振频率信号产生谐振频率放大信号并将其传递给换能器切换控制器；
换能器切换控制器，其信号输出端与换能器阵相连接，用于根据相应的通断命令信号接通或断开超声波功率放大器和换能器阵中的多个换能器的谐振频率放大信号的传递。
2.根据权利要求1所述的可变辐射面的水下构建物超声清洗维护装置，其特征在于：所述的换能器阵由十六个换能器组成，换能器的换能器谐振频率为28KHZ。
3.根据权利要求1所述的可变辐射面的水下构建物超声清洗维护装置，其特征在于：所述的换能器切换控制器由与相应换能器一一对应的多个继电器组成。
4.根据权利要求1所述的可变辐射面的水下构建物超声清洗维护装置，其特征在于：所述的超声波功率放大器为桥式功率放大电路。
5.根据权利要求1或2所述的可变辐射面的水下构建物超声清洗维护装置，其特征在于：所述的超声波信号驱动器具有SG3525控制芯片，其换能器谐振频率信号的频率为28kHZ。
6.根据权利要求1所述的可变辐射面的水下构建物超声清洗维护装置，其特征在于：所述的核心处理器具有RS232串行接口，并通过该RS232串行接口连接计算机。
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