CN104359008A

CN104359008A - 管网音频采集器及实现方法

Info

Publication number: CN104359008A
Application number: CN201410684694.5A
Authority: CN
Inventors: 鱼永强; 肖永军; 倪晓; 李溪; 张永强; 姜立君; 李春光; 郭润松; 齐萍
Original assignee: TIANJIN LINHAI CONSTRUCTION ENGINEERING GROUP Co Ltd
Current assignee: TIANJIN LINHAI CONSTRUCTION ENGINEERING GROUP Co Ltd
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2034-11-25
Also published as: CN104359008B

Abstract

本发明涉及管网音频采集器及实现方法，管道音频采集器电路由处理单元、前端音频拾取单元、频率鉴别与触发单元、电源单元构成；处理单元采用海思处理器芯片Hi3520，前端音频拾取单元由壳体、拾音头、膜片构成，壳体内腔顶部固定拾音头，内腔顶部固定膜片，由顶部引出拾音头引线；频率鉴别与触发单元由外壳体、基座、压感元件、质量块、弹簧构成；通过管网音频采集器采集正常水流流经管道发出的频率的声音所产生电压信号保存在存储器中作为标准电压数据，将每次采集的实时电压数据与标准电压数据进行比较，通过比较、判断电压数据是否正常，从而判断是否管道破损，相对人工进行识别，本装置检测准确率高、减少人员，效果佳，经济效果显著。

Description

管网音频采集器及实现方法

技术领域

本发明涉及供水管网检测装置，特别涉及一种管网音频采集器及实现方法，适用于供水埋地管道的检测。

背景技术

目前，城市燃气、城市供水埋地管道腐蚀与保护越来越引起人们的重视，由于管道防腐层埋地时间长久而出现老化、发脆、剥离和脱落，因而会造成管道的腐蚀、穿孔，引起管道中的水泄漏，给国民经济造成严重的损失。

对新铺设管道防腐层施工质量严格验收，以及实时检测使用中管道防腐层的运行状况，对于防止和及时发现管道损坏十分重要，实时检测能提供真实有效的技术参数，为技术分析提供数据。

考虑到物体间的相互碰撞会产生振动，发出声音，形成声波。根据声波不但能在空气中传播，而且能在液体和固体中传播的原理。漏水声音信号的特点是：当输水管线有泄漏点时，水会沿着管线的漏点向外喷出。在水向外喷射的过程中，水会与管壁发生摩擦，水穿过漏点时形成湍流以及和空气或土壤等的撞击应力波，漏水形成的声音是频率不变、持续的声音信号。

然而，实际检测漏水的环境中往往存在相当强的背景噪音。漏水噪声具有随机性，不能用明确的数学关系式来表达。但是，漏水信号却有共同的统计特性。所以记录管网音频通过运行声音为管道运行提供了一种新的手段检测方法，可以肯定，利用漏水声音信号的特点来判断输水管线泄漏点是一个可行的方案，管道的漏水声音的检查将是管网维护的重要内容。

目前，仅能通过简单的设备或人工通过听漏仪进行监听识别。对测量时的音频进行监听，存在以下不足，1、不能进行连续检测，由于不能连续检测所以管道的故障不能及时发现造成浪费2、人工进行检测会由于不同人员的熟练程度影响检测的结果3、由于地下管线覆盖面广，造成检测人员劳动强度高，耗时长。特别是关键部位如高层建筑下人工不能进行检测。

如何解决这个问题就成为了本技术领域的技术人员所要研究和解决的课题。

发明内容

本发明的目的就是为克服现有技术的不足，提供一种管网音频采集器的设计方案，管道音频采集器与管道的连接，对管网监测点进行实时检测、监听，将音频信号转换成数字信号，通过无线远传模块将数据实时上传给检测控制中心服务器，检测控制中心服务器对数字信号还原成音频信号，并对异常频率的音频信号进行分析、判断和处理。

本发明是通过这样的技术方案实现的：一种管网音频采集器，包括电路和结构，其特征在于，管道音频采集器电路由处理单元、前端音频拾取单元、频率鉴别与触发单元、电源单元构成；

处理单元的核心采用海思处理器芯片Hi3520，海思处理器芯片Hi3520通过数字采集接口连接音视频解码芯片TW2866的输出端，通过DDR2 SDRAM接口连接容量为1G的DDR内存，通过NOR Flash接口连接128M Flash；通过UART接口连接频率鉴别与触发单元的频率传感器；通过PCI-SATA转接卡接口连接硬盘HDD；

所述音视频解码芯片TW2866的输入端与拾音单元内的拾音头输出端连接；

所述管网音频采集器的结构件包括固定底板、采集器外壳；在固定底板上固定前端音频拾取单元和频率鉴别与触发单元；

所述前端音频拾取单元由壳体、拾音头、膜片构成，壳体为凹型，其内部型腔为锥型，壳体内腔顶部固定拾音头，内腔顶部固定膜片，由顶部引出拾音头引线；

所述频率鉴别与触发单元由外壳体、基座、压感元件、质量块、弹簧构成；

正常水流流经管道或管道破损水流出时，会发出不同的频率的声音，不同的频率会通过基座传导到弹簧，在弹簧作用力下质量块上下移动，作用力作用在压感元件上，使得压感元件发生形变；压感元件发生形变后产生电荷，产生的电荷在信号调理电路处理后转变为电压信号，不同的频率产生不同的电压输入控制单元；

采集正常水流流经管道发出的频率的声音所产生电压信号保存在存储器中硬盘HDD作为标准电压数据，将每次采集的实时电压数据与标准电压数据进行比较，通过比较、判断电压数据是否正常，若电压值不正常，则启动电源电路，启动音频拾取电路、处理单元录制音频信号；通过对音频信号的分析从而判断是否管道破损。

有益效果是：管道音频采集器与管道的连接，对管网监测点进行实时检测、监听，将音频信号转换成数字信号，通过无线远传模块将数据实时上传给检测控制中心服务器，检测控制中心服务器对数字信号还原成音频信号，并对异常频率的音频信号进行分析、判断和处理。通过管网音频采集器能对测量时的音频进行监听，相对人工进行识别，其检测准确率高、减少人员，效果佳，经济效果显著。

附图说明

图1、管网音频采集器构成框图；

图2、管道音频采集器与管道的连接方式主视图；

图3、管道音频采集器与管道的连接方式侧视图；

图4、管道音频采集器内部结构主图；

图5、管道音频采集器俯视图；

图6、前端音频拾取单元结构主视图；

图7、前端音频拾取单元结构俯视图

图8、频率鉴别单元结构图。

图中：1. 固定底板，2. 采集器外壳，3. 前端音频拾取单元，4. 频率鉴别与触发单元，5. 管道；

31. 壳体A，32. 拾音头，33. 膜片33 ；

41. 壳体B，42. 基座，43. 压电陶瓷，44. 质量块，45. 弹簧。

具体实施方式

为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明：

一种管网音频采集器，包括电路和结构，管道音频采集器电路由处理单元、前端音频拾取单元、频率鉴别与触发单元、电源单元构成；

音视频解码芯片TW2866的输入端与拾音单元内的拾音头输出端连接；

管网音频采集器的结构件包括固定底板1、采集器外壳2；在固定底板1上固定前端音频拾取单元3和频率鉴别与触发单元4；

前端音频拾取单元3由壳体31、拾音头32、膜片33构成，壳体31为凹型，其内部型腔为锥型，壳体31内腔顶部固定拾音头32，内腔顶部固定膜片33，由顶部引出拾音头32引线34；

频率鉴别与触发单元4由外壳体41、基座42、压感元件43、质量块44、弹簧45构成。

正常水流流经管道或管道破损水流出时，会发出不同的频率的声音，不同的频率会通过基座42传导到弹簧45，在弹簧作用力下质量块44上下移动，作用力作用在压感元件43上，使得压感元件43发生形变。压感元件43发生形变后产生电荷，产生的电荷在信号调理电路处理后转变为电压信号，不同的频率产生不同的电压输入控制单元；

采集正常水流流经管道发出的频率的声音所产生电压信号保存在存储器中硬盘HDD作为标准电压数据，将每次采集的实时电压数据与标准电压数据进行比较，通过比较、判断电压数据是否正常，若电压值不正常，则启动电源电路，启动音频拾取电路、处理单元录制音频信号。通过对音频信号的分析从而判断是否管道破损。

管网音频采集器实现音频采集的方法，包括如下步骤：

步骤1将固定底板1固定在管道上；管网音频采集器3和频率鉴别与触发单元4固定底板1上；

步骤2基座42与管道5紧密接触，当管道5外壁振动时，通过基座42的传导到质量块44，质量块44在弹簧作用下，挤压压感元件；

步骤3在挤压作用下压感元件43发生外形变化，压感元件产生电荷，产生的电荷由信号调理电路；信号调理电路将由压电元件产生的高阻抗点和信号转变为可用的低阻抗电压信号。不同的频率产生不同的电压值输入海思处理器芯片Hi3520；

步骤4当频率鉴别与触发单元4输出的电压信号达到指定数值，电源单元启动，处理单元供电启动，前端音频拾取单元采集音频信号通过TW2865采集输入，通过级联的方式通过I2S接口送给海思处理器芯片Hi3520编码。经海思处理器芯片Hi3520编码后的音频流通过PCI-SATA转接卡电路，存储在硬盘上；

步骤5结果当水流流经管道与管壁摩擦产生声音，管道发出的音频信号，通过膜盒后，声音信号更加敏感，有拾音头转换为模拟信号，模拟信号经过音频采集单元采样、量化后转化为数字信号。

数字信号由处理单元中的海思处理器芯片Hi3520处理完成信号编码、形成音频文件、存储；

步骤6采集正常水流流经管道发出的频率的声音所产生电压信号保存在存储器中硬盘HDD作为标准电压数据，将每次采集的实时电压数据与标准电压数据进行比较，通过比较、判断电压数据是否正常，若电压值不正常，则启动电源电路，启动音频拾取电路、处理单元录制音频信号。通过对音频信号的分析从而判断是否管道破损。

工作原理：

当水流流经管道与管壁摩擦产生声音，管道发出的音频信号，通过膜盒后，声音信号更加敏感，有拾音头转换为模拟信号，模拟信号经过音频采集单元采样、量化后转化为数字信号。数字信号可以由中心处理器处理完成信号编码、形成音频文件、存储。

可以长时间对管网监测点进行监听，对可疑的频率进行录音并及时发送音频文件至后台服务器。分析人员通过分析软件对音频文件进行频率分析，得出结论。由于录制的音频文件较大。不适宜网络传送。所以本管道音频采集器增加频率鉴别单元可以对可疑的频率出现后，发出触发信号启动录音电路录制文件并发送音频文件，及时处理。

本管道音频采集器由中心控制器、前端音频拾取单元、频率鉴别与触发单元、电源四部分构成。中心控制器的核心部分基于海思3512芯片具有ARM9处理器内核以及音、视频硬件加速引擎的高性能通信媒体处理器。具有高集成、可编程、具有音频编解码功能。可以通过ARM内核实现多种音频、语音编解码功能，具有外部存储器接口􀁺 DDR2 SDRAM接口。通过USB接口驳接3G模块。前端音频拾取单元由拾音盒和拾音头组合而成。

音频拾取单元由三面密闭，一面开放的空气腔构成。该结构可以使得声音更加清晰明亮。在其上方顶部安装拾音头，采集管道发出的声音。

频率鉴别与触发单元由基座，振动块，弹簧，压电元件构成。基座与管道紧密接触，当管道外壁振动时，通过基座的传导到振动块，振动块在弹簧作用下，挤压压感元件。压感元件在挤压下发生外形变化，产生电荷。产生的电荷转换为电压信号。不同的频率产生不同的电压值输入中心处理器。

工作原理：

根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。

Claims

1.一种管网音频采集器，包括电路和结构，其特征在于，管道音频采集器电路由处理单元、前端音频拾取单元、频率鉴别与触发单元、电源单元构成；

所述管网音频采集器的结构件包括固定底板（1）、采集器外壳（2）；在固定底板（1）上固定前端音频拾取单元（3）和频率鉴别与触发单元（4）；

所述前端音频拾取单元（3）由壳体（31）、拾音头（32）、膜片（33）构成，壳体（31）为凹型，其内部型腔为锥型，壳体（31）内腔顶部固定拾音头（32），内腔顶部固定膜片（33），由顶部引出拾音头（32）引线（34）；

所述频率鉴别与触发单元（4）由外壳体（41）、基座（42）、压感元件（43）、质量块（44）、弹簧（45）构成；

正常水流流经管道或管道破损水流出时，会发出不同的频率的声音，不同的频率会通过基座（42）传导到弹簧（45），在弹簧作用力下质量块（44）上下移动，作用力作用在压感元件（43）上，使得压感元件（43）发生形变；压感元件（43）发生形变后产生电荷，产生的电荷在信号调理电路处理后转变为电压信号，不同的频率产生不同的电压输入控制单元；

2.权利要求1所述管网音频采集器其实现音频采集的方法，包括如下步骤：

步骤1）将固定底板1固定在管道上；所述管网音频采集器（3）和频率鉴别与触发单元（4）固定底板（1）上；

步骤2）基座（42）与管道（5）紧密接触，当管道（5）外壁振动时，通过基座（42）的传导到质量块（44），质量块（44）在弹簧作用下，挤压压感元件；

步骤3）在挤压作用下压感元件（43）发生外形变化，压感元件产生电荷，产生的电荷由信号调理电路；信号调理电路将由压电元件产生的高阻抗点和信号转变为可用的低阻抗电压信号；不同的频率产生不同的电压值输入海思处理器芯片Hi3520；

步骤4）当频率鉴别与触发单元（4）输出的电压信号达到指定数值，电源单元启动，处理单元供电启动，前端音频拾取单元采集音频信号通过TW2865采集输入，通过级联的方式通过I2S接口送给海思处理器芯片Hi3520编码；经海思处理器芯片Hi3520编码后的音频流通过PCI-SATA转接卡电路，存储在硬盘上；

步骤5）结果当水流流经管道与管壁摩擦产生声音，管道发出的音频信号，通过膜盒后，声音信号更加敏感，有拾音头转换为模拟信号，模拟信号经过音频采集单元采样、量化后转化为数字信号；

步骤6）采集正常水流流经管道发出的频率的声音所产生电压信号保存在存储器中硬盘HDD作为标准电压数据，将每次采集的实时电压数据与标准电压数据进行比较，通过比较、判断电压数据是否正常，若电压值不正常，则启动电源电路，启动音频拾取电路、处理单元录制音频信号；通过对音频信号的分析从而判断是否管道破损。