CN106195649B - 漏水检测自动报警设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种漏水检测自动报警设备，包括前端传感器以及手持终端，所述前端传感器与手持终端相连；其中，所述前端传感器，用于获取振动信号，并将振动信号转化为模拟电信号，并将模拟电信号经过滤波放大后转化为数字信号，将数字信号发送至手持终端；所述手持终端，用于处理并分析所述数字信号中的声音信号特征，根据处理结果发出报警信号。本发明操作简单，使用及维护成本低，每套设备能够独立进行漏水检测无需进行大范围布点，方便携带。
Description
技术领域
本发明涉及地下管道的检测仪器，具体地，涉及一种漏水检测自动报警设备。
背景技术
目前我国多数城市采用被动检漏法或以此法为主，检漏手段也基本还是以人工为主，工作人员在检测地下管道泄露时，通常是一根金属杆或一根一米长的金属管，一端接触，另一端连接听漏仪，沿管线路面逐次听测地下因泄露引起的声响。这种原始的人工听漏方法可靠性低，抗干扰性差，通常需要深夜工作，需要耗费大量人力，听漏经验的积累需数年的实践经验且难以训练和传教。
另一种检漏方法为布点式检漏法，通过在在管网内进行布点式组网，通过采集多个传感器的信息进行比对分析，进行漏电位置的判断，可以节约大量人力，但是由于需要大范围的布点，施工成本及维护成本非常高，同时设备操作复杂。
因此需要者一种漏水检测设备以提高工作人员的检漏效率，降低难度。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种漏水检测自动报警设备，通过压电传感器采集管道内的震动信息，通过比对采集到的声音信号的特征，判断是否存在漏水声音；在使用中，本发明能够有效的排除路边车俩行驶以及水流动产生的干扰信号；同时还方便携带，快速检测，无需布点的优势。
根据本发明提供的漏水检测自动报警设备，包括前端传感器以及手持终端，所述前端传感器与手持终端相连；
其中，所述前端传感器，用于获取振动信号，并将振动信号转化为模拟电信号，并将模拟电信号经过滤波放大后转化为数字信号，将数字信号发送至手持终端；
所述手持终端，用于处理并分析所述数字信号中的声音信号特征，根据处理结果发出报警信号。
优选地，所述前端传感器包括顺次相连的压电传感器、滤波放大电路以及AD转换电路；
所述AD转换电路连接所述手持终端。
优选地，所述前端传感器上设置有磁性吸盘或探杆；磁性吸盘或探杆用于与被测管道进行刚性接触。
优选地，所述滤波放大电路包括顺序相连的滤波器、电荷放大器、程控放大器和阻抗变换电路；
所述滤波器连接所述压电传感器；所述阻抗变换电路连接所述AD转换电路。
优选地，所述的手持终端包括数字处理模块、人机交互模块以及电源模块；
其中，所述人机交互模块、所述电源模块连接所述数字处理模块；
数字处理模块用于分析所述数字信号中的声音信号特征并判断漏水概率；
人机交互模块，用于向所述数字处理模块发送控制信息，控制前端传感器的放大倍数，显示漏点等级和漏点概率。
优选地，所述数字处理模块包括Welch法功率谱估计模块、汉明窗滤波模块、自适应门限模块、存储模块以及判定模块；
所述存储模块依次通过所述汉明窗滤波模块、Welch法功率谱估计模块、自适应门限模块以及判定模块；
存储模块模块用于保存原始数据；
汉明窗滤波模块用于对每包原始数据进行滤波；滤波后的原始数据发送至Welch法功率谱估计模块；
Welch法功率谱估计模块用于将滤波后的原始数据通过Welch算法计算出功率谱；
所述自适应门限模块用于通过累积功率谱中50Hz～5KHz的整个频段的信号能量，通过加权平均进行归一化生成累积信号；
判定模块用于通过分析比对累积信号的稳定度及功率判定是否存在漏水信号。
优选地，所述电源模块采用7.4V 2600mAh的可充电锂电池。
优选地，人机交互模块包括按键开关和显示屏；
所述按键开关和显示屏连接所述数字处理模块。
优选地，所述按键开关采用薄膜按键开关；所述显示屏采用OLED显示屏。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明采用Welch法功率谱估计、汉明窗滤波、自适应门限等技术对振动信号进行处理通过比对信号特征来判定是否存在漏水信号，代替了传统的通过人耳进行管道漏水检测的手段，节约了检测工作人员的工作时间，降低了检测难度，使漏水检测更加的科学化；
2、本发明操作简单，使用及维护成本低，每套设备能够独立进行漏水检测无需进行大范围布点，方便携带；
3、本发明通过进行信号特征的提取及比对，可以有效的区分道路车辆行驶噪声以及其他噪声，使得在吵杂环境下也能够正常工作。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的使用状态示意图；
图2为本发明的功能框图；
图3为本发明的工作流程图；
图4为本发明中数据处理模块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本实施例中，本发明提供的漏水检测自动报警设备，包括前端传感器以及手持终端，所述前端传感器与手持终端相连；
其中，所述前端传感器，用于获取振动信号，并将振动信号转化为模拟电信号，并将模拟电信号经过滤波放大后转化为数字信号，将数字信号发送至手持终端；
所述手持终端，用于处理并分析所述数字信号中的声音信号特征，根据处理结果发出报警信号。
所述前端传感器包括顺次相连的压电传感器、滤波放大电路以及AD转换电路；所述AD转换电路连压电传感器利用某些物质如石英晶体的压电效应，在加速度计受振时质量块加在压电元件上的力也随之变化。在本实施例中压电传感器选用的是扬州科动电子的KD1300传感器，该传感器具有频响宽、灵敏度高、横向灵敏度小和抗外界干扰能力强的优点。接所述手持终端。
所述前端传感器上设置有磁性吸盘或探杆；磁性吸盘或探杆用于与被测管道进行刚性接触。
所述滤波放大电路包括顺序相连的滤波器、电荷放大器、程控放大器和阻抗变换电路；主要对压电传感器接收到的信号进行转换调理，使得弱信号的电荷信号通过转换，程控增益放大，阻抗匹配等环节后，其幅值在进入AD转换器之前，具有良好的动态范围和信噪比。
所述滤波器连接所述压电传感器；所述阻抗变换电路连接所述AD转换电路。
电荷放大器主要由放大器反馈电容、并联在反馈电容两端的漏电阻、输入电容，输入电阻和OP07运算放大器构成，实现电荷信号到电压信号的转换。
程控放大器主要由NE5534运算放大器、反馈电阻、输入电阻，&￥HC4052模拟开关组成，可实现放大倍数为27和100倍的选择放大，进行信号处理。
阻抗变换电路主要通过OP07运算放大器构成跟随器，对ADC之前的信号进行变换，防止影响ADC采集阻抗变化。
AD转换电路使用A/D转换芯片为TI公司的ADS8512.该芯片是一款5V供电、低功耗、12位采样的AD转换芯片。ADS8512使用SPI兼容串行接口与手持终端中的主控制器连接，并使SPI兼容串行接口传输AD采样数据。
所述的手持终端包括数字处理模块、人机交互模块以及电源模块；
其中，所述人机交互模块、所述电源模块连接所述数字处理模块；
数字处理模块用于分析所述数字信号中的声音信号特征并判断漏水概率；
人机交互模块，用于向所述数字处理模块发送控制信息，控制前端传感器的放大倍数，显示漏点等级和漏点概率。
所述数字处理模块包括Welch法功率谱估计模块、汉明窗滤波模块、自适应门限模块、存储模块以及判定模块；
所述存储模块依次通过所述汉明窗滤波模块、Welch法功率谱估计模块、自适应门限模块以及判定模块；
存储模块模块用于保存原始数据；读取存储完的原始数据；
汉明窗滤波模块用于对每包原始数据进行滤波；滤波后的原始数据发送至Welch法功率谱估计模块；
Welch法功率谱估计模块用于将滤波后的原始数据通过Welch算法计算出功率谱；
所述自适应门限模块用于通过累积功率谱中50Hz～5KHz的整个频段的信号能量，通过加权平均进行归一化生成累积信号；
判定模块用于通过分析比对累积信号的稳定度及功率判定是否存在漏水信号。
如当累积信号的稳定度和功率大于设定阈值时，判断存在漏水信号。
所述电源模块采用7.4V 2600mAh的可充电锂电池。所述手持终端还能够对低电量以及存储空间不足进行信息告警。
数字处理模块如图4所示，主控芯片采用ST公司的STM32F407芯片。
其中，汉明窗滤波模块为128阶FIR数字滤波器。
通常我们会利用FFT对周期性或者非周期性的确定性信号进行处理。对于通常的平稳随机信号，因其是有限长的，可以根据现有有限的信号数据来还原信号真实的功率谱曲线，这就是功率谱估计。根据实验分析，漏水信号是一种平稳的随机信号，所以非常适用功于率谱进行分析。
Welch算法是周期图法的一种改进，用表示Welch算法的结果，其过程是将整个信号x(n)的长度N分成p段，每段M个数据，则第p段的修正周期图为
其中，是归一化因子，可以调整，w(n)为窗函数。对P个分段的周期图进行平均，可得到整个信号x(n)的功率谱估计：
自适应门限模块通过累积50Hz～5KHz的整个频段的信号能量，通过加权平均进行归一化，进行初步的筛选踢出弱信号。
判定模块通过分析比对累积信号的稳定度及功率判定是否存在漏水信号。
本发明所述的漏水检测自动报警设备工作流程如下：
上电后，完成对所有硬件模块的初始化工作；设置前端传感器的放大倍数；采集数据并存储；对采集数据进行数字处理分析，并显示分析结果，对漏水情况提供声、光报警指示；对设备低电量、存储空间不足等异常情况进行检测并报警。
人机交互模块包括按键开关和显示屏；所述按键开关和显示屏连接所述数字处理模块
其中，按键开关选用的是薄膜按键开关，薄膜按键开关具有防水、防尘、重量轻、体积小、装联方便等特性。设备中总共有两个按键，“运行”和“设置”。“设置”键用于控制传感探头放大电路的程控放大倍数、“运行”键用于控制设备开始采样和数据分析。
显示屏选用的OLED显示屏作为信息输出方式，相比传统的LCD显示屏具备自发光，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、功耗低等有点，并且在户外强光下的显示效果优于LCD屏。设备中的OLED显示屏选中的2.42寸的OLED显示屏。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (7)
1.一种漏水检测自动报警设备，其特征在于，包括前端传感器以及手持终端，所述前端传感器与手持终端相连；
其中，所述前端传感器，用于获取振动信号，并将振动信号转化为模拟电信号，并将模拟电信号经过滤波放大后转化为数字信号，将数字信号发送至手持终端；
所述手持终端，用于处理并分析所述数字信号中的声音信号特征，根据处理结果发出报警信号；
所述的手持终端包括数字处理模块、人机交互模块以及电源模块；
其中，所述人机交互模块、所述电源模块连接所述数字处理模块；
数字处理模块用于分析所述数字信号中的声音信号特征并判断漏水概率；
人机交互模块，用于向所述数字处理模块发送控制信息，控制前端传感器的放大倍数，显示漏点等级和漏点概率；
所述数字处理模块包括Welch法功率谱估计模块、汉明窗滤波模块、自适应门限模块、存储模块以及判定模块；
所述存储模块、所述汉明窗滤波模块、Welch法功率谱估计模块、自适应门限模块以及判定模块依次连接；
存储模块模块用于保存原始数据；
汉明窗滤波模块用于对每包原始数据进行滤波；滤波后的原始数据发送至Welch法功率谱估计模块；
Welch法功率谱估计模块用于将滤波后的原始数据通过Welch算法计算出功率谱；
所述自适应门限模块用于通过累积功率谱中50Hz～5KHz的整个频段的信号能量，通过加权平均进行归一化生成累积信号；
判定模块用于通过分析比对累积信号的稳定度及功率判定是否存在漏水信号。
2.根据权利要求1所述的漏水检测自动报警设备，其特征在于，所述前端传感器包括顺次相连的压电传感器、滤波放大电路以及AD转换电路；
所述AD转换电路连接所述手持终端。
3.根据权利要求1所述的漏水检测自动报警设备，其特征在于，所述前端传感器上设置有磁性吸盘或探杆；磁性吸盘或探杆用于与被测管道进行刚性接触。
4.根据权利要求2所述的漏水检测自动报警设备，其特征在于，所述滤波放大电路包括顺序相连的滤波器、电荷放大器、程控放大器和阻抗变换电路；
所述滤波器连接所述压电传感器；所述阻抗变换电路连接所述AD转换电路。
5.根据权利要求1所述的漏水检测自动报警设备，其特征在于，所述电源模块采用7.4V2600mAh的可充电锂电池。
6.根据权利要求1所述的漏水检测自动报警设备，其特征在于，人机交互模块包括按键开关和显示屏；
所述按键开关和显示屏连接所述数字处理模块。
7.根据权利要求6所述的漏水检测自动报警设备，其特征在于，所述按键开关采用薄膜按键开关；所述显示屏采用OLED显示屏。
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