一种供水管网管道漏水检测电路的制作方法

本实用新型涉及漏水检测技术领域，特别是一种供水管网管道漏水检测电路。

背景技术：

现有的供水管网管道漏水检测主要采用人工听漏的办法，效率低，漏点定位困难，且容易受到外界干扰。特别是在市区繁忙的道路边上这样的环境下，24小时都有川流不息的车辆通行，噪声干扰很大，而且人工听漏也存在很大的交通安全隐患，在围挡施工的条件下，工作效率及其低下。现有的普通探漏仪灵敏度低，探测距离近，只能检测金属管道。因此需要一种能够解决上述多种问题的漏水检测电路，能够可以检测不同材质的漏水信号，特别是非金属管材管道，探测的距离远，抗干扰能力强。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提出一种供水管网管道漏水检测电路，能够将压电陶瓷传感器上的微弱电荷信号转换成电压信号，并通过多级放大电路部分和滤波电路部分的处理后，输出可以直接作为单片机模数转换的稳定信号；且响应速度快、成本低、功耗小。

本实用新型采用如下技术方案：

一种供水管网管道漏水检测电路，包括：

吸附在供水管道上方的压电陶瓷传感器；

保护电路，所述保护电路一端与所述压电陶瓷传感器的正极相连接，所述保护电路的另一端与所述压电陶瓷传感器的负极相连接，用于释放积累的电荷；

电荷转换放大电路，包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的输入端与所述压电陶瓷传感器相连接，用于把电荷转为电压并进行放大；

普通放大电路，包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的输入端与所述电荷转换放大电路的输出端相连接；

带通滤波器电路，包括第三运算放大器，所述第三运算放大器的输入端与所述普通放大电路的输出端相连接，用于获得预定的频率响应范围；

电压抬升放大电路，包括第四运算放大器，所述第四运算放大器的输入端与所述带通滤波器电路的输出端相连接，用于把负电压信号转换成正电压信号；

单片机，所述电压抬升放大电路的输出端相连接，用于将所述电压抬升放大电路输出的模拟电压信号转换成数字信号并判断出是否存在漏水。

优选的，所述保护电路包括第一电阻；所述第一电阻一端与所述压电陶瓷传感器的正极相连接，所述第一电阻的另一端与所述压电陶瓷传感器的负极相连接。

优选的，所述保护电路包括肖特基二极管；所述肖特基二极管的阳极与所述压电陶瓷传感器的正极相连接，所述肖特基二极管的阴极与所述压电陶瓷传感器的负极相连接。

优选的，所述电荷转换放大电路还包括第一电容和第二电阻；所述第一运算放大器的同相输入端与所述压电陶瓷传感器的负极相连接；所述第一运算放大器的反相输入端与所述压电陶瓷传感器的正极相连接，所述压电陶瓷传感器的正极经并联的第一电容和第二电阻后连接至所述第一运算放大器的输出端；所述第一运算放大器的正电源端与正电源相连接；所述第一运算放大器的负电源端与负电源相连接。

优选的，所述普通放大电路还包括第三电阻和第四电阻；所述第二运算放大器的正相输入端与所述电荷转换放大电路的输出端相连接；所述第二运算放大器的反相输入端分别与所述第三电阻的一端、所述第四电阻的一端相连接，所述第三电阻的另一端与信号地相连接，所述第四电阻的另一端与所述第二运算放大器的输出端相连接。

优选的，所述带通滤波器电路还包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第二电容和第三电容；所述第五电阻一端与所述普通放大电路的输出端相连接，另一端与所述第六电阻一端、第二电容一端和第三电容一端分别相连接；所述第六电阻的另一端与所述第三运算放大器的输出端相连接；所述第二电容的另一端与所述第三运算放大器的正向输入端相连接；所述第七电阻连接在所述第三电容的另一端与所述第三运算放大器的正向输入端之间；所述第八电阻连接在所述第三电容的另一端与所述第三运算放大器的负向输入端之间；所述第九电阻一端与所述第三运算放大器的负向输入端相连接，另一端与所述第三运算放大器的输出端相连接。

优选的，所述电压抬升放大电路还包括第十电阻、第十一电阻、第十二电阻和第十三电阻；所述第四运算放大器的正相输入端与所述带通滤波器电路的输出端相连接；所述第四运算放大器的负相输入端与所述第十电阻的一端、所述第十一电阻的一端分别相连接；所述第十电阻的另一端与所述第十二电阻的一端、所述第十三电阻的一端分别相连接；所述第十二电阻的另一端与负电源相连接，所述负电源还与所述第一运算放大器的负电源端相连接；所述第十一电阻的另一端与所述第四运算放大器的输出端相连接。

优选的，所述第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器和第四运算放大器包括tl064d运算放大器或lmc6484运算放大器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

(1)本实用新型运用了四级运算放大器进行处理，灵敏度极高；

(2)本实用新型在压电陶瓷传感器的电荷端加入一电阻或肖特基二极管，不仅保护了运算放大器，而且避免电荷积累引起信号异常；

(3)本实用新型的带通滤波器电路，对漏水声外的信号进行滤除，取得50hz～2.5khz的频率响应范围，使得中心频率在1.2khz位置，刚好符合供水管网管道漏水的频率范围，使得有用信号更纯净，采样效果更好；

(4)本实用新型的电压抬升放大电路对电压信号进行了抬升，去掉负压，使得单片机进行adc信号采集更简单；

(5)本实用新型在接地的电路上做了信号地与电源地的分离，最后两者再单点连接处理，避免了外部信号对模拟电压信号造成干扰。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本实用新型的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下列举本实用新型的具体实施方式。

根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述及其他目的、优点和特征。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构框图；

图2为本实用新型实施例的电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步的详细描述。

参见图1和图2所示，本实用新型一种供水管网管道漏水检测电路，包括：

吸附在供水管道上方的压电陶瓷传感器10；

保护电路20，所述保护电路20一端与所述压电陶瓷传感器10的正极相连接，所述保护电路20的另一端与所述压电陶瓷传感器10的负极相连接，用于释放积累的电荷；

电荷转换放大电路30，包括第一运算放大器u1，所述第一运算放大器u1的输入端与所述压电陶瓷传感器10相连接，用于把电荷转为电压并进行放大；

普通放大电路40，包括第二运算放大器u2，所述第二运算放大器u2的输入端与所述电荷转换放大电路30的输出端相连接；

带通滤波器电路50，包括第三运算放大器u3，所述第三运算放大器u3的输入端与所述普通放大电路40的输出端相连接，用于获得预定的频率响应范围；

电压抬升放大电路60，包括第四运算放大器u4，所述第四运算放大器u4的输入端与所述带通滤波器电路50的输出端相连接，用于把负电压信号转换成正电压信号；

单片机70，所述电压抬升放大电路60的输出端相连接，用于将所述电压抬升放大电路60输出的模拟电压信号转换成数字信号并判断出是否存在漏水。

参见图2所示，cn1信号接入端子1与压电陶瓷传感器正极相连接，cn1信号接入端子2与压电陶瓷传感器负极相连接。所述保护电路20包括第一电阻r1；所述第一电阻r1一端与cn1信号接入端子1相连接，cn1信号接入端子1与所述压电陶瓷传感器10的正极相连接；所述第一电阻r1的另一端与，cn1信号接入端子2相连接，cn1信号接入端子2与所述压电陶瓷传感器10的负极相连接。

本实施例中，所述第一电阻r1的阻值为100k，通过在，cn1信号接入端子1和cn1信号接入端子2之间并联所述第一电阻r1，改善了电荷积累的放电效果。

另一实施例之中，可以将所述第一电阻r1替换成肖特基二极管，即在cn1信号接入端子1和cn1信号接入端子2之间并联肖特基二极管；所述肖特基二极管的阳极与所述cn1信号接入端子1的正极相连接，所述肖特基二极管的阴极与所述cn1信号接入端子2的负极相连接。

具体的，所述电荷转换放大电路30还包括第一电容c1和第二电阻r2；所述第一运算放大器u1的同相输入端与所述压电陶瓷传感器10的负极相连接；所述第一运算放大器u1的反相输入端与所述压电陶瓷传感器10的正极相连接，所述压电陶瓷传感器10的正极经并联的第一电容c1和第二电阻r2后连接至所述第一运算放大器u1的输出端；所述第一运算放大器u1的正电源vadc端与正电源vadc相连接；所述第一运算放大器u1的负电源-vadc端与负电源-vadc相连接。

具体实施时，所述第二电阻r2选择越大越好，所述第一电容c1越大放大倍数越高，但是所述第二电阻r2和所述第一电容c1的取值与频率响应曲线有关，需要根据漏水检测的实际情况进行设置。本实施例中，所述第二电阻r2选择10m，所述第一电容c1选择10pf，可以取得较好的电荷放大效果。

优选的，所述普通放大电路40还包括第三电阻r3和第四电阻r4；所述第二运算放大器u2的正相输入端与所述电荷转换放大电路30的输出端相连接；所述第二运算放大器u2的反相输入端分别与所述第三电阻r3的一端、所述第四电阻r4的一端相连接，所述第三电阻r3的另一端与信号地相连接，所述第四电阻r4的另一端与所述第二运算放大器u2的输出端相连接。

所述普通放大电路40的放大倍数与第三电阻r3和第四电阻r4的阻值有关，本实施例中，所述第三电阻r3取值20k，所述第四电阻r4取值1k，可以取得二十多倍的放大效果。

所述带通滤波器电路50还包括第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第二电容c2和第三电容c3；所述第五电阻r5一端与所述普通放大电路40的输出端相连接，另一端与所述第六电阻r6一端、第二电容c2一端和第三电容c3一端分别相连接；所述第六电阻r6的另一端与所述第三运算放大器u3的输出端相连接；所述第二电容c2的另一端与所述第三运算放大器u3的正向输入端相连接；所述第七电阻r7连接在所述第三电容c3的另一端与所述第三运算放大器u3的正向输入端之间；所述第八电阻r8连接在所述第三电容c3的另一端与所述第三运算放大器u3的负向输入端之间；所述第九电阻r9一端与所述第三运算放大器u3的负向输入端相连接，另一端与所述第三运算放大器u3的输出端相连接。

本实施例中，通过对带通滤波器电路50的各个电阻和电容值进行配置，可以取得50hz-2.5khz的频率响应范围，使得中心频率在1.2khz位置，刚好符合供水管网管道漏水的频率范围。

所述电压抬升放大电路60还包括第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12和第十三电阻r13；所述第四运算放大器u4的正相输入端与所述带通滤波器电路50的输出端相连接；所述第四运算放大器u4的负相输入端与所述第十电阻r10的一端、所述第十一电阻r11的一端分别相连接；所述第十电阻r10的另一端与所述第十二电阻r12的一端、所述第十三电阻r13的一端分别相连接；所述第十二电阻r12的另一端与负电源-vadc相连接，所述负电源-vadc还与所述第一运算放大器u1的负电源-vadc端相连接；所述第十一电阻r11的另一端与所述第四运算放大器u4的输出端相连接。

通过所述电压抬升放大电路60的处理，能够把负电压信号转换成正电压信号，本实施例之中，所述正电源vadc取为+2.5v，负电源-vadc取为-2.5v，通过所述电压抬升放大电路60的处理，能够把电压信号从-2.5v--+2.5v变成0v--5v这样的一个适合adc模数转换的标准电压范围。同时，所述电压抬升放大电路60对信号做了进一步的放大处理。

需要说明的是，尽管图2中所述第一运算放大器u1、第二运算放大器u2、第三运算放大器u3和第四运算放大器u4选择为tl064d运算放大器，但也可以选择lmc6484运算放大器或其他型号的运算放大器。

此外，所述单片机70将所述电压抬升放大电路60输出的模拟电压信号转换成数字信号后，可通过现有的任意一种方法进行傅里叶变换，根据变换结果判断出是否存在漏水。

上述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。