CN103556601B - 环保型水下构建物表面探伤清洗装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型水下构建物表面探伤清洗装置，它包括装置外壳、水压传感器、模数转换器、核心处理器、控制面板、电动机、清洗刷、超声波电源和换能器；其中，水压传感器，其信号输出端通过模数转换器与核心处理器相连接，并且固定安装在装置外壳上，用于感应能够反映装置外壳所在水深的水压信号并将其传递给模数转换器，经过模数转换器转换后传递至核心处理器；核心处理器，其根据接收到的水压信号产生装置外壳深度信息输出至控制面板并且输出相应的信号控制电动机或超声波电源。本发明将物理刷清洗与超声清洗相结合，能够对水下构建物进行较为彻底的清洗，达到较佳的清洗效果。

Description

环保型水下构建物表面探伤清洗装置

技术领域

本发明涉及一种环保型水下构建物表面探伤清洗装置，属于超声清洗领域。

背景技术

受各种因素的影响，大坝、堤岸、渠道、闸门、进水口等水下构建物的老化与损伤是水利工程上无法避免的问题。如果不及时对这些破损建筑物进行修复工作，其必将带来意想不到的损失。据了解现有的水下构建物修复技术已经较成熟，例如已有新型化学材料可在水下对混凝土表面裂缝进行强烈粘合。然而，这些构建物常年工作于水下，导致水垢沉积，各种藻类贝类生物附着滋生，其不仅隐匿表面的裂缝等伤痕，如不清除，甚至会影响修复工作的效果。传统的清洗方法主要通过人力实施水下清洗或是排空清洗。但这样的方式不仅费时费力，而且成本非常高但效率却比较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种环保型水下构建物表面探伤清洗装置，它将物理刷清洗与超声清洗相结合，能够对水下构建物进行较为彻底的清洗，达到较佳的清洗效果。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种环保型水下构建物表面探伤清洗装置，它包括装置外壳、水压传感器、模数转换器、核心处理器、控制面板、电动机、清洗刷、超声波电源和换能器；其中，

水压传感器，其信号输出端通过模数转换器与核心处理器相连接，并且固定安装在装置外壳上，用于感应能够反映装置外壳所在水深的水压信号并将其传递给模数转换器，经过模数转换器转换后传递至核心处理器；

核心处理器，其根据接收到的水压信号产生装置外壳深度信息输出至控制面板并且输出相应的信号控制电动机或超声波电源；

控制面板，其与核心处理器连接以实现双向信号传输，用于接收并显示核心处理器传递的装置外壳深度信息；

电动机，其与清洗刷活动连接并且控制端与核心处理器连接，用于接收核心处理器传递的信号并且带动清洗刷转动；

超声波电源，其信号输入端与核心处理器相连接，用于接收核心处理器传递的信号并产生超声驱动信号控制换能器；

换能器，其与超声波电源的信号输出端连接。

进一步，所述的电动机上设置有防水装置。

进一步，所述的超声波电源由依次连接的超声信号发生器、驱动与功放电路和匹配网络组成。

进一步，所述匹配网络由依次连接的变阻变压器和调谐电感组成。

进一步，所述核心处理器上设置有串行接口，核心处理器通过串行接口与控制面板、超声波电源、数模转换器和电动机相连接。

进一步，为了达到环保的目的，本发明还包括清洗杂物回收装置，所述清洗杂物回收装置包括抽水泵、过滤网和当抽水泵工作时开启并且当抽水泵停止工作时关闭的单向开闭门，抽水泵位于过滤网的后侧，单向开闭门位于过滤网的前侧，过滤网和单向开闭门之间形成一个杂物收集腔。

进一步，所述的过滤网固定安装在装置外壳上，滤网孔径为8mm。

采用了上述技术方案后，由于此水下构建物表面探伤清洗装置兼具物理刷洗与超声清洗的特点，能够对水工建筑物表面及裂缝中的各种杂物实现较彻底的清洗，且相较于传统的维护检查方式节省了人力、物力和时间，适合用长期监测水坝、钻井、闸门等工程建筑的水下关键部位，避免新生裂缝扩大产生危害。此外，该装置还设置有清洗杂物回收装置，可以避免清洗杂物留在水中污染水质，有利于保护水体，达到环保的目的。

附图说明

图1为本发明的环保型水下构建物表面探伤清洗装置的原理框图。

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。

一种环保型水下构建物表面探伤清洗装置，它包括装置外壳1、水压传感器2、模数转换器3、核心处理器4、控制面板5、电动机6、清洗刷7、超声波电源和换能器11；其中，

水压传感器2，其信号输出端通过模数转换器3与核心处理器4相连接，并且固定安装在装置外壳1上，用于感应能够反映装置外壳1所在水深的水压信号并将其传递给模数转换器3，经过模数转换器3转换后传递至核心处理器4；水压传感器2可以选用型号为PTH501的变送器，内置高稳定的硅力敏芯片，采用全不锈钢封焊结构，并具有线性补偿和信号放大的功能，无需另接信号放大器，可输出标准电流、电压信号，数模转换器3采用16位模数转换器ADS8341，可将变送器采集的模拟电信号转换为16位二进制数字信号。

核心处理器4，其根据接收到的水压信号产生装置外壳1深度信息输出至控制面板5并且输出相应的信号控制电动机6或超声波电源；核心处理器4可以采用单片机MSP430F149，使用3.3V直流电压供电，MSP430系列是一个16位超低功耗单片机，运算速度快，处理能力强，核心处理器4凭借水压传感器2和数模转换器3的信号计算出相应的压强值和水深，并实时显示在控制面板5上。

控制面板5，其与核心处理器4连接以实现双向信号传输，用于接收并显示核心处理器4传递的装置外壳1深度信息；

电动机6，其与清洗刷7活动连接并且控制端与核心处理器4连接，用于接收核心处理器4传递的信号并且带动清洗刷7转动；电动机6可以采用三相异步电动机。

超声波电源，其信号输入端与核心处理器4相连接，用于接收核心处理器1传递的信号并产生超声驱动信号控制换能器11；

换能器11，其与超声波电源的信号输出端连接；换能器中心频率为20.3kHz，换能器11的清洗头采用两级变幅杆设计结构以增强清洗效果。

电动机6上设置有防水装置。

超声波电源由依次连接的超声信号发生器8、驱动与功放电路9和匹配网络10组成；超声信号发生器8采用SG3525作为核心芯片，该芯片是一款性能优良、功能齐全和通用性强的单片集成PWM控制芯片，它简单可靠及使用方便灵活，输出驱动为推拉输出形式，增加了驱动能力。它工作电压范围宽，为8V~35V，在芯片内部有基准电压源，输出精度可达(5.1±l％)V，并设有温度补偿、软启动控制、限制最大输出占空比和过流保护功能，在芯片外围接上时基电容与（可变）电阻便可产生振荡信号。驱动与功放电路9包括驱动隔离电路和功放电路，驱动隔离电路选用单电源工作的TPS2811作为驱动芯片，两路同频反相的单极方波信号经过驱动电路后变为一路12V的双极信号，再经线圈个数比为1:2、匝数比为1:1的隔离变压器，变成两路同频反相的双极信号，以此信号可驱动功放电路。功放电路选用半桥式D类功放，MOSFET选型为IRF840，其开关速度足够快；功放电路的源电压为标准220V交流电经整流滤波后的310V左右的电压。

匹配网络10由依次连接的变阻变压器和调谐电感组成，变阻变压器与调谐电感均采用PQ-28型骨架，E-E型铁氧体，由高频纱包线绕制而成，变阻变压器实现变阻的功能，使换能器11成为电源的最佳负载；而调谐电感的功能是使呈容性的换能器11尽量呈纯阻性。匹配网络10能保证功率最大化地从换能器11输出。

核心处理器4上设置有串行接口，核心处理器4通过串行接口与控制面板5、超声波电源、数模转换器3和电动机6相连接；串行接口采用RS-232标准的串行接口。

为了达到环保的目的，本发明还包括清洗杂物回收装置，所述清洗杂物回收装置包括抽水泵12、过滤网13和当抽水泵12工作时开启并且当抽水泵12停止工作时关闭的单向开闭门14，抽水泵12位于过滤网13的后侧，单向开闭门14位于过滤网13的前侧，过滤网13和单向开闭门14之间形成一个杂物收集腔；抽水泵12采用叶轮式潜水泵，可一在水下可靠工作。

所述的过滤网13固定安装在装置外壳1上，滤网孔径为8mm。

 本发明的工作原理如下：

 首先，将整机装置置于水中，将装置外壳1的前端对准清洗部位，水压传感器2先感测压强，然后将压强转化为信号输出给数模转换器3，信号经数模转换器3转换为电信号传递给核心处理器4，核心处理器4经过对传递过来信号的处理，将结果显示在控制面板5上；当整机开始工作时，抽水泵12开始抽水，由核心处理器4控制电动机6开始转动，此时电动机6就带动清洗刷7转动，开始进行物理清洗；清洗刷7转动可以将构建物表面的藻类、水草和贝类等软质水生物清洗下来，在抽水泵12进行工作时，单向开闭门14向内打开，此时清洗下来的杂物就顺着水流流入门内，然后通过过滤网13被滤除；在抽水泵12停止工作时，单向开闭门14就会在弹簧的作用下关闭，防止清洗杂物漏出装置。

当电动机6工作一段时间后，由核心处理器4控制其停止运作，同时控制超声清洗设备开始工作。超声清洗设备包括超声电源（超声信号发生器8、驱动与功放电路9和匹配网络10）和换能器11。超声信号发生器8是产生最初的高频PWM信号的部分，它以SG3525为核心，该芯片是一款性能优良、功能齐全和通用性强的单片集成PWM控制芯片，它简单可靠及使用方便灵活，输出驱动为推拉输出形式，增加了驱动能力。它工作电压范围宽，为8V~35V，在芯片内部有基准电压源，输出精度可达(5.1±l％)V，并设有温度补偿、软启动控制、限制最大输出占空比和过流保护功能。在芯片外围接上时基电容与（可变）电阻便可产生振荡信号。事先已通过测量和计算得到本发明所用换能器11中心频率为20.3kHz，此处只需调整可变电阻大小便可得到该频率点的振荡信号。驱动与攻防电路包括驱动隔离电路和攻防电路，由于超声信号发生器8输出的是两路同频反相的单极方波信号，此信号不足以驱动功放MOSFET，因此需先经过一个驱动隔离电路。驱动隔离电路采用TPS28xx系列是双道高速MOSFET驱动，它能够传输2A电流到容性负载。本发明选用单电源工作的TPS2811作为驱动芯片，两路同频反相的单极方波信号经过驱动电路后变为一路12V的双极信号，再经线圈个数比为1:2、匝数比为1:1的隔离变压器，变成两路同频反相的双极信号，以此信号可驱动功放电路。功放电路选用半桥式D类功放，MOSFET选型为IRF840，其开关速度足够快。功放电路的源电压为标准220V交流电经整流滤波后的310V左右的电压。与功放电路相连的是匹配网络10，它由依次连接的变阻变压器和调谐电感组成。变阻变压器实现变阻的功能，使换能器11成为电源的最佳负载；而调谐电感的功能是使呈容性的换能器11尽量呈纯阻性。匹配网络10能保证功率最大化地从换能器11输出。换能器清洗头11的中心频率为20.3kHz，换能器11的清洗头采用两级变幅杆设计结构以增强清洗效果。

由于在不同的水深（压强）下，超声波的空化效应程度不一样，所以换能器11的清洗效果也会发生变化。一般压强越大的地方空化效应越不明显，清洗效果也越差。因此在水压大的地方有必要通过增大超声清洗设备的功率以实现较为均衡的清洗。这一过程同样通过核心处理器4来控制。当整机装置在水下移动工作时，随着水深的改变，核心处理器4根据接收到的不同信号，通过控制超声信号发生器8中SG3525芯片的2脚电压在0~5V变化，从而改变芯片输出信号的占空比在0~50%内变化。改变信号的占空比大小能直接改变超声清洗设备的功率，以此便达到了目的。超声清洗设备工作的同时清洗杂物回收装置仍旧正常工作，其过程与之前的叙述相同。当整个清洗过程结束后，对装置中收集的杂物进行处理，以此达到环保的目的。

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 (7)

1.一种环保型水下构建物表面探伤清洗装置，其特征在于：它包括装置外壳(1)、水压传感器(2)、模数转换器(3)、核心处理器(4)、控制面板(5)、电动机(6)、清洗刷(7)、超声波电源和换能器(11)；其中，

水压传感器(2)，其信号输出端通过模数转换器(3)与核心处理器(4)相连接，并且固定安装在装置外壳(1)上，用于感应能够反映装置外壳(1)所在水深的水压信号并将其传递给模数转换器(3)，经过模数转换器(3)转换后传递至核心处理器(4)；

核心处理器(4)，其根据接收到的水压信号产生装置外壳(1)深度信息输出至控制面板(5)并且核心处理器(4)输出相应的信号控制电动机(6)或超声波电源；当刚开始工作时，由核心处理器(4)控制电动机(6)开始转动；当电动机(6)工作一段时间后，由核心处理器(4)控制其停止运作，同时控制超声波电源开始工作，随着水深的改变，核心处理器(4)根据接收到的水压信号，控制超声波电源增大换能器(11)的功率；

控制面板(5)，其与核心处理器(4)连接以实现双向信号传输，用于接收并显示核心处理器(4)传递的装置外壳(1)深度信息；

电动机(6)，其与清洗刷(7)活动连接并且控制端与核心处理器(4)连接，用于接收核心处理器(4)传递的信号并且带动清洗刷(7)转动；

超声波电源，其信号输入端与核心处理器(4)相连接，用于接收核心处理器(4)传递的信号并产生超声驱动信号控制换能器(11)；

换能器(11)，其与超声波电源的信号输出端连接。

2.根据权利要求1所述的环保型水下构建物表面探伤清洗装置，其特征在于：所述的电动机(6)上设置有防水装置。

3.根据权利要求1所述的环保型水下构建物表面探伤清洗装置，其特征在于：所述的超声波电源由依次连接的超声信号发生器(8)、驱动与功放电路(9)和匹配网络(10)组成。

4.根据权利要求3所述的环保型水下构建物表面探伤清洗装置，其特征在于：所述匹配网络(10)由依次连接的变阻变压器和调谐电感组成。

5.根据权利要求1所述的环保型水下构建物表面探伤清洗装置，其特征在于：所述核心处理器(4)上设置有串行接口，核心处理器(4)通过串行接口与控制面板(5)、超声波电源、数模转换器(3)和电动机(6)相连接。

6.根据权利要求1所述的环保型水下构建物表面探伤清洗装置，其特征在于：它还包括清洗杂物回收装置，所述清洗杂物回收装置包括抽水泵(12)、过滤网(13)和当抽水泵(12)工作时开启并且当抽水泵(12)停止工作时关闭的单向开闭门(14)，抽水泵(12)位于过滤网(13)的后侧，单向开闭门(14)位于过滤网(13)的前侧，过滤网(13)和单向开闭门(14)之间形成一个杂物收集腔。

7.根据权利要求6所述的环保型水下构建物表面探伤清洗装置，其特征在于：所述的过滤网(13)固定安装在装置外壳(1)上，滤网孔径为8mm。