一种水下管道声呐检测系统的制作方法

本技术属于水下管道检测，更具体地，涉及一种水下管道声呐检测系统。

背景技术：

1、城市管网指的是埋在城市各道路下面的排水排污管道和排气的管道组成起来的管道网。随着城市生活体系的不断完善，管道的铺设对人们的日常生活有着很大的影响。而随着城市管道网的使用年限逐渐增加，城市排水管道因地势或历史遗留问题逐渐增多，部分管道埋深较大、污水流速快、检测井相隔距离长、且长期处于高水位或满水的状态，传统的电视检测(cctv)和潜望镜(qv)设备，在不封堵管道降低水位，做足预处理的情况下，检测信号传输不稳定，使用寿命短，很难对此类管道进行有效地检测，水下管道检测的效率极其低下，严重影响人们正常生活；即使是专业的蛙人下井潜水检测，也会存在较高的人员安全风险和高昂的成本费用。因此，急需一种无需排干管道内部的液体，能够在水上直观地对水下管道内物体进行探测和定位，检测信号传输稳定、检测效率高、安全风险低的水下排水管道检测装置。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供一种水下管道声呐检测系统，利用声波反射原理，对水下管道内物体进行探测和定位；将水下扫描单元置于管道内部的水下，采用爬行器驱动在管道内移动；其工作时，无需排干管道内部的液体，即可形成管道的横断面图，能够直观地对管道内壁变形、破损及管底淤泥等沉积物的概况进行检测和量化分析；通过分析轮廓特征可判定管道内部的沉积、凝结物或管壁的结构性损害，能够对管道较多数结构缺陷和管道功能缺陷起到准确的检测、测量与分析作用；能够与cctv视频检测配合使用，实现与声纳检测合二为一，进行水上水下同时检测；能够解决传统的水下管道检测设备，在不封堵管道降低水位，做足预处理的情况下，很难对此类管道进行有效地检测，专业的蛙人下井潜水检测安全风险和成本高昂的问题。

2、为了实现上述目的，本实用新型提供一种水下管道声呐检测系统，包括透声罩、与透声罩相连的壳体、设于透声罩内的水声换能器，还包括与所述水声换能器电气相连的信号转换模块和与所述信号转换模块相连的电路模块；其中，

3、所述电路模块包括mcu主控模块，与所述mcu主控模块相连的以太网通信模块、接收机模块、发射机模块、电机驱动模块、零位检测模块、电源模块，以及与所述信号转换模块、所述接收机模块、所述发射机模块分别相连的收发转换模块；所述电源模块与所述电机驱动模块相连；所述电机驱动模块和所述零位检测模块相连；所述电机驱动模块上还连接有电机驱动芯片和步进电机；通过所述步进电机控制所述水声换能器对管道内部管壁情况进行360°旋转环形扫描；所述零位检测模块与所述步进电机连接，用于实时监测步进电机转动的角度位置信息；所述mcu主控模块通过所述以太网通信模块与上位机相连，在接收上位机的指令后，根据上位机的指令控制所述电机驱动模块控制步进电机动作，通过所述发射机模块对所述水声换能器发射特定频率和功率的脉冲信号；通过所述接收机模块对所述水声换能器接收到的回波信号进行处理，并将处理后的信号输入所述mcu主控模块；所述mcu主控模块对接收到的信号进行水声算法后通过所述以太网通信模块发送给上位机处理并显示管道探测结果。

4、进一步地，所述mcu主控模块自带的模数转换器、数模转换器以及以太网phy模块，能够实现对所述接收机模块的时变增益控制和与上位机的以太网通信；

5、所述以太网通信模块包括phy芯片、网络变压器和以太网接口模块。

6、进一步地，所述透声罩用于密封、透声以及平衡水下所述壳体的内外压力；所述壳体表面进行硬性阳极处理，可耐1000米水下压力；

7、所述水声换能器由单波束换能器振子组成，收发合置；所述水声换能器通过联轴器固连在所述电机驱动模块连接的步进电机上，能够以0.45°的步距角扫描360度。

8、进一步地，所述信号转换模块与所述电路模块通过电机支架连接；

9、所述水声换能器与所述电机支架之间通过换能器支架连接；

10、所述信号转换模块与所述电机驱动模块通过电机支架连接。

11、进一步地，所述信号转换模块包括转接轴、依次设于所述转接轴外周的轴用挡圈、轴承、第一磁芯和第二磁芯；所述转接轴的一端与所述换能器支架连接，另一端与所述电机支架连接；

12、所述信号转换模块采用变压器耦合方式进行换向，保证信号线沿一个方向连续转动不会拧断；

13、所述信号转换模块的变压器磁芯固定在信号转换模块支架上，通过转接轴与换能器支架和电机支架连接。

14、进一步地，所述零位检测模块采用旋转位置传感器芯片，其表面设有集磁点，能够以非接触方式感测所施加磁通密度的水平分量。

15、进一步地，所述收发转换模块采用无触点二极管进行收发转换；

16、所述发射机模块包括滤波电路、驱动电路、功放电路和阻抗匹配单元；通过mcu主控模块控制激励信号产生后，依次通过所述发射机模块的滤波电路、驱动电路、功放电路以及阻抗匹配单元使激励信号更有效地驱动水声换能器；

17、所述发射机模块采用推挽式d类功放；

18、所述接收机模块包括信号调理、一级增益控制、二级增益控制、混频、低通滤波和信号放大。

19、进一步地，所述步进电机的转动速率与驱动其转动的pwm方波信号的频率成正比；

20、pwm方波信号的频率和脉宽由所述mcu主控模块实时更改，且与上位机界面设置的待测量程相关联；通过改变上位机上的待测量程控制所述步进电机的转动速率，依据不同管径变换步进电机转动速率，进而实现不同管径的检测。

21、进一步地，所述电源模块分别用于为零位检测模块、发射机模块、接收机模块、电机驱动模块、以太网通信模块以及mcu主控模块供电；

22、所述电源模块采用+24v直流电源供电；

23、所述上位机与所述以太网通信模块和所述电源模块通过6芯电缆线连接。

24、总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

25、(1)本实用新型的一种水下管道声呐检测系统，利用声波反射原理，对水下管道内物体(满水或2/3以上水位)进行探测和定位；将水下扫描单元(声呐头)置于管道内部的水下(满管、半管均可)，采用爬行器驱动(可滑行、漂浮)在管道内移动；其工作时，无需排干管道内部的液体，即可形成管道的横断面图，能够直观地对管道内壁变形、破损及管底淤泥等沉积物的概况进行检测和量化分析；通过分析轮廓特征可判定管道内部的沉积、凝结物或管壁的结构性损害，能够对管道较多数结构缺陷(如变形、塌陷、破裂、结垢、支管暗接等)和管道功能缺陷(如沉积、漂浮物)起到准确的检测、测量与分析作用；通过将本实用新型的管道检测声呐结构与水上的cctv视频检测相配合使用，能够进行水上水下同时检测，是目前最为先进的管道检测和评估设备；本实用新型的声呐结构体积小、检测效率高，安全风险低；能够解决传统的水下管道检测设备，在不封堵管道降低水位，做足预处理的情况下，很难对此类管道进行有效地检测，专业的蛙人下井潜水检测安全风险和成本高昂的问题。

26、(2)本实用新型的一种水下管道声呐检测系统，将水声换能器通过联轴器固连在电机驱动模块连接的步进电机上，能够以0.45°的步距角扫描360度，是一款精度可达毫米级的高精度截面环扫声呐，360°旋转环形扫描管道内部管壁情况，形成直观的管道截面图；针对不同管材与管径，通过在水声换能器上连接信号转换模块和信号接收模块，通过调节声呐增益和功率，能够实现管径6000mm以下的排水管道检测；管道检测声呐可实时测量、显示排水管道的轮廓,准确定位并量化管道的缺陷，具有误差率低、便携、低功耗、稳定等优异的性能。

27、(3)本实用新型的一种水下管道声呐检测系统，信号转换模块采用变压器耦合方式进行换向，保证信号线沿一个方向连续转动不会拧断，而且信号稳定、使用持久；本实用新型采用信号转换模块替代常用的集电环连接方式连接，实现水声换能器可一直沿同一方向转动，达到换能器连续检测的目的；相对于常规检测过程中，换能器信号线只沿一个方向连续转动会拧断，转动一圈后需回退到固定起始位置才开始下一次检测的方式而言，本实用新型的方式能够提高了水声换能器的检测效率；又克服了常规滑环集电环结构接触不良、信号不稳定以及使用寿命短的缺点。