CN206990812U - 一种u型地下供水管道堵塞故障的检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种U型地下供水管道堵塞故障的检测系统，包括计算机、函数发生器、功率放大器、换能器、发射探头、L型发射波导、L型接收波导、接收探头和滤波器；所述L型发射波导从井盖伸入至U型管底端，在L型发射波导的地面端通过发射探头依次连接换能器、功率放大器、函数发生器连接至计算机；L型接收波导也从井盖伸入至U型管底端，在L型接收波导的地面端通过接收探头依次连接换能器、滤波器连接至计算机。本实用新型基于U型地下排水管道故障检测的实际情况，引入超声导波检测方法，整个检测装置可以在工程人员不下管道的情况下，提取U型地下排水管道的检测信号用于故障识别，方便了检测流程，提高了检测效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种U型地下供水管道堵塞故障的检测系统，属于管道故障检测领域。
背景技术
管道输送是城市排水的主要方式。一般来说，U型地下排水管道容易在管中发生堵塞故障，造成阻塞故障的原因有管道铺设时其内部会混入泥土等杂质，当其投入运行时会发生堵塞；在运行过程中管道老化腐蚀，以及水中含有的杂质在管道内沉积、聚集，致使管道的流通面积减小，甚至出现堵塞，同时这些沉积物又会加速管道的内腐蚀，管道内沉积物较多而使得球被卡住造成堵塞事故。现有技术中对于管道堵塞位置的检测主要有以下几种方法：钻孔法、敲击法、以及应力应变测试法。但是，这些方法都需要将地面开挖后露出管道，然后通过不断测试管道的变形程度来确定堵塞位置，存在工作量大，操作费用高等缺点，因此不适合用于U型排水管道检测。
发明内容
为了解决地下U型排水管道堵塞故障检测难的问题，本实用新型提供了一种U型地下供水管道堵塞故障的检测系统。
本实用新型的技术方案是：一种U型地下供水管道堵塞故障的检测系统，包括计算机1、函数发生器2、功率放大器3、换能器4、发射探头5、L型发射波导6、L型接收波导7、接收探头8和滤波器9；
所述L型发射波导6从井盖伸入至U型管底端，在L型发射波导6的地面端通过发射探头5依次连接换能器4、功率放大器3、函数发生器2连接至计算机1；
L型接收波导7也从井盖伸入至U型管底端，在L型接收波导7的地面端通过接收探头8依次连接换能器4、滤波器9连接至计算机1。
所述发射探头5、接收探头8选用压电式传感器。
所述L型发射波导6、L型接收波导7结构相同，均为两根长度相同的钢块组成，两根钢块的一端与换能器4连接，另一端悬空。
本实用新型的有益效果是：
1.在管道一处安装发射探头和接收探头即可实现几十米范围内管道的全局检测，效率高、成本低；
2对于特殊服役环境的管道，可采用无伤检测或者监测方式进行故障探测，应用灵活；
3.采用超声导波对管道堵塞进行检测，利用了脉冲回波原理，通过在管道一处布置该装置即可实现数几十米范围内管道的全局检测。换能器接收到的回波信号包含了与故障特征相关的信息，通过开展导波与故障的相互作用特性研宄，提取和分析回波信号特征进而辨识。
综上所述，本实用新型基于U型地下排水管道故障检测的实际情况，引入超声导波检测方法，整个检测装置可以在工程人员不下管道的情况下，提取U型地下排水管道的检测信号用于故障识别，方便了检测流程，提高了检测效率。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图中各标号为：1-计算机，2-函数发生器，3-功率放大器，4-换能器，5-发射探头，6-L型发射波导，7- L型接收波导，8-接收探头，9-滤波器。
具体实施方式
实施例1：如图1所示，一种U型地下供水管道堵塞故障的检测系统，包括计算机1、函数发生器2、功率放大器3、换能器4、发射探头5、L型发射波导6、L型接收波导7、接收探头8和滤波器9；
所述L型发射波导6从井盖伸入至U型管底端，在L型发射波导6的地面端通过发射探头5依次连接换能器4、功率放大器3、函数发生器2连接至计算机1；
L型接收波导7也从井盖伸入至U型管底端，在L型接收波导7的地面端通过接收探头8依次连接换能器4、滤波器9连接至计算机1。
所述发射探头5、接收探头8可以选用压电式传感器。
所述L型发射波导6、L型接收波导7结构相同，可以为：均为两根长度相同的钢块组成，两根钢块的一端与换能器4连接，另一端悬空。
所述的函数发生器2可以选用型号为AFG3011C 的可编程函数发生器，可以输出Hanning窗函数调制的脉冲信号。
所述的功率放大器3可以选用ATA-3000。
所述的发射探头的导波中，选用轴对称的T(0 1)导波，因为在整个频段内是非频散的，这一特点使得导波在管道中传播时波形不会发生畸变，可在管道中传播较远,并且对管道内堵塞的缺陷都有相似的检测灵敏度，因此选用T（0 1）作为管道检测的导波模态。
所述的发射探头和接收探头选用压电式传感器，压电式传感器是将位移信号作用到管道表面产生导波信号，接收信号是根据压电逆效应。选用压电陶瓷发射和接收信号的灵敏度高，可用频率范围大，稳定性高、价格低廉，因此选择压电陶瓷作为发射探头和接收探头，但是压电式传感器不能直接用于水下管道的检测，因此需要固定在L型波导上，L型波导结构能保证探头远离水下环境，克服了地下排水管道在线检测的难点，实现对整个管道的全面检测。
所述的换能器选用压电晶片，但需对其进行封装设计，封装后的换能器包括匹配层、压电晶片、阻尼层、射频接口及外壳，其中匹配层采用厚为0.5mm的氧化铝硬质陶瓷，这能使压电晶片激励出的声波能量最大限度的进入管道，阻尼层采用钨粉和环氧树脂的混合物，其作用是吸收压电晶片背后反射的杂波信号，使压电晶片在激励信号施加结束后迅速停振，以提高缺陷检测的分辨力。
对于原始信号，噪声信号会影响信号分析结果，需要对原始信号进行滤波处理。滤波器9可以选用Kemo dual variable filter VBF 10M滤波器进行滤波。
检测时，分为两个部分，导波发射过程和回波信号接收过程。
导波发射过程：
激励信号采用Hanning窗调制的5周期正弦信号，中心频率为30kHz，计算机1编程该激励信号后，由GPIB总线传至函数发生器2产生模拟激励信号，该信号经功率放大器3线性放大峰-峰值200V后通过换能器4转换成压电信号，作用于发射探头5上，发射探头5产生振动形式振源，形成的导波沿着L型发射波导6在U型管道中传播，在U型管道堵塞时会产生回波信号；
回波信号接收过程：
接回波信号沿着管道轴向反向传播，到达L型接收波导7的回波信号通过接收探头8传递给换能器4变为压电信号，传至滤波器9进行滤波，最后将滤波后的信号输入到计算机1中进行数据处理和显示。当超声导波遇到不同的管道结构，所产生的回波信号会不同。对称模态在传播过程中，如果遇到法兰、环形焊缝等完全对称的结构，反射回波以对称模态为主；如果遇到堵塞物、孔缺陷等非对称结构，回波信号会含有非对称模态。因此在管道中堵塞处发生模态转换，从而可以判断管道中有无堵塞。
在计算机的MATLAB软件中，分析采集回来的回波信号，能够反映超声波在管道中传播时存在的反射和衰减现象，同时为消除非对称模态，采集所有节点的位移叠加后取平均。利用时间-历程后处理器，将各个节点的轴向位移取平均值后，得到整个过程的时程图，然后用MATLAB 软件编写的降噪程序、包络提取程序和模态分离程序，确定U型管道中有无堵塞。
上面结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (3)
1.一种U型地下供水管道堵塞故障的检测系统，其特征在于：包括计算机（1）、函数发生器（2）、功率放大器（3）、换能器（4）、发射探头（5）、L型发射波导（6）、L型接收波导（7）、接收探头（8）和滤波器（9）；
所述L型发射波导（6）从井盖伸入至U型管底端，在L型发射波导（6）的地面端通过发射探头（5）依次连接换能器（4）、功率放大器（3）、函数发生器（2）连接至计算机（1）；
L型接收波导（7）也从井盖伸入至U型管底端，在L型接收波导（7）的地面端通过接收探头（8）依次连接换能器（4）、滤波器（9）连接至计算机（1）。
2.根据权利要求1所述的U型地下供水管道堵塞故障的检测系统，其特征在于：所述发射探头（5）、接收探头（8）选用压电式传感器。
3.根据权利要求1所述的U型地下供水管道堵塞故障的检测系统，其特征在于：所述L型发射波导（6）、L型接收波导（7）结构相同，均为两根长度相同的钢块组成，两根钢块的一端与换能器（4）连接，另一端悬空。
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