專利名稱：用于管道泄漏或堵塞檢測的數(shù)據(jù)前端處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于管道泄漏或堵塞檢測的數(shù)據(jù)前端處理裝置。
背景技術(shù)：
由于管道泄漏檢測技術(shù)是多領(lǐng)域多學(xué)科知識(shí)的綜合，目前已有的多種管道泄漏和堵塞檢測方法在檢測方式和技術(shù)手段方面差別較大，從最簡單的人工分段沿管道巡線到復(fù)雜的軟硬件相結(jié)合的實(shí)時(shí)模型方法，從陸地檢測發(fā)展到海底檢測，甚至利用飛機(jī)或衛(wèi)星遙感檢測大范圍管網(wǎng)等。隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各種管道的鋪設(shè)越來越多， 管道維護(hù)檢測技術(shù)以及國家特殊輸送管道的遠(yuǎn)程控制與實(shí)時(shí)監(jiān)測已成為行業(yè)領(lǐng)域研究的技術(shù)焦點(diǎn)，目前應(yīng)用于這些管道監(jiān)測手段，主要依賴于傳統(tǒng)監(jiān)測方式和維護(hù)方法，因此當(dāng)管道出現(xiàn)泄漏或堵塞后，由于鋪設(shè)地下管道的區(qū)域廣，很難實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的控制和檢測，不能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)和判斷故障的位置，給國家造成大量的經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患。由于聲波能夠有效反映管道內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)，尤其是低頻聲波具有傳播距離長衰減小的特點(diǎn)，所以利用聲波技術(shù)對管道進(jìn)行泄漏或堵塞監(jiān)測是最有效地手段。但是當(dāng)聲波信號(hào)在經(jīng)過長距離管道傳輸后往往衰減很大，即使是高靈敏度的聲波傳感器檢測到的也是微弱的信號(hào)，因此需要采用一種能夠?qū)ξ⑷跣盘?hào)進(jìn)行放大、濾波處理，進(jìn)而進(jìn)行數(shù)字化處理的數(shù)據(jù)前端處理裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容當(dāng)管道出現(xiàn)泄漏或堵塞后，為了能夠?qū)ξ⑷跣盘?hào)進(jìn)行放大、濾波處理，進(jìn)而進(jìn)行數(shù)字化處理的數(shù)據(jù)前端處理裝置，從而及時(shí)地發(fā)現(xiàn)和判斷故障的位置，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種用于管道泄漏或堵塞檢測的數(shù)據(jù)前端處理裝置。本實(shí)用新型提出的一種用于管道泄漏或堵塞檢測的數(shù)據(jù)前端處理裝置，主要由 傳感器、前置放大器、濾波器、信號(hào)放大器、AD轉(zhuǎn)換器組成；其特征是傳感器檢測管道中的微弱泄漏或堵塞信號(hào)，將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后將轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)輸入給前置放大器， 通過前置放大器進(jìn)行初級(jí)放大，隔離輸入電信號(hào)與后級(jí)放大電路之間的耦合作用，然后經(jīng)過集成運(yùn)放和R、C組成的有源濾波電路對信號(hào)進(jìn)行濾波，然后將濾波后的信號(hào)輸入信號(hào)放大器進(jìn)行功率放大，得到對微弱聲信號(hào)的高增益放大和背景噪聲的歸一化處理信號(hào)，最后將該信號(hào)輸入AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸出。本裝置具有如下特點(diǎn)1)能夠?qū)ξ⑷跣盘?hào)進(jìn)行放大與濾波；2)低功耗；3)高增益；4)低噪聲。


3[0011]
以下結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1數(shù)據(jù)前端處理裝置框圖。
具體實(shí)施方式
管道泄漏或堵塞檢測系統(tǒng)中，對聲波信號(hào)的感測主要通過聲波傳感器來獲取，并傳送給數(shù)據(jù)采集處理終端進(jìn)行信號(hào)數(shù)字化處理，數(shù)據(jù)采集處理終端的主要功能是把聲波傳感器采集到的聲波信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理與放大，轉(zhuǎn)換為數(shù)字域的多通道音波信號(hào)，通過維納濾波、自適應(yīng)濾波等多種方法對信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，利用GPS信號(hào)進(jìn)行精確時(shí)間同步，并通過通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)傳輸?shù)蕉氯O(jiān)測定位服務(wù)器。數(shù)據(jù)采集處理終端針對實(shí)際管道采用有效的信號(hào)處理方法，解決微弱信號(hào)放大和噪聲抑制的問題，從而提高系統(tǒng)對堵塞點(diǎn)的定位精度。然而由于聲波傳感器采集到的聲波信號(hào)微弱，需要數(shù)據(jù)前端處理。本實(shí)用新型中的數(shù)據(jù)前端處理裝置主要實(shí)現(xiàn)了對接收到的微弱信號(hào)進(jìn)行放大、濾波及數(shù)字化處理，同時(shí)抑制來自外部的干擾、雜波以及機(jī)內(nèi)的噪聲，使信號(hào)保持盡可能多的目標(biāo)信息，用以進(jìn)行進(jìn)一步的信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理。主要由前置放大器、濾波器、信號(hào)放大器、AD轉(zhuǎn)換器組成。如圖1所示，其各個(gè)功能單元介紹如下傳感器檢測管道中的微弱泄漏或堵塞信號(hào)，將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。前置放大器前置放大電路主要功能是對聲波傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)行初級(jí)放大，隔離輸入電信號(hào)與后級(jí)放大電路之間的耦合作用。由于聲波傳感器輸出的信號(hào)是微弱的電信號(hào)，因此前置放大電路具有低功耗、低噪聲、高內(nèi)阻和高抗干擾能力。主要作用1)從傳感器輸出端獲得所需的電信號(hào)；2)預(yù)放大探測器的輸出信號(hào)，以獲得較好的信號(hào)噪聲比；3)進(jìn)行阻抗變換，減少信號(hào)傳輸中的干擾。濾波器在AD采樣之前要對信號(hào)進(jìn)行濾波，起抗混疊作用。濾波器是具有頻率選擇作用的電路，可允許低頻部分的信號(hào)順利通過，而另一部分頻率的信號(hào)受到較大抑制，從而具有濾除噪聲和分離出有用信號(hào)的功能。由集成運(yùn)放和R、C組成的有源濾波電路，除了具有體積小，重量輕等優(yōu)點(diǎn)外，由于集成運(yùn)放的開環(huán)電壓增益，和輸入阻抗均很高，輸出阻抗又低，構(gòu)成有源濾波電路后還具有一定的電壓放大和緩沖作用。信號(hào)放大器對濾波后的信號(hào)進(jìn)行功率放大。針對遠(yuǎn)距離接收信號(hào)微弱、接收設(shè)備電源能量有限的特點(diǎn)，采用功耗小、對無源元件誤差靈敏度低、高增益放大的微弱聲波信號(hào)放大電路。 實(shí)現(xiàn)對微弱聲信號(hào)的高增益放大和背景噪聲的歸一化處理。由于信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)屬于現(xiàn)有成熟技術(shù)，這里就不詳細(xì)說明了。AD轉(zhuǎn)換器AD轉(zhuǎn)換器將采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)接口邏輯電路由數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行數(shù)字濾波處理，對管道背景噪聲及干擾噪聲抑制采用維納濾波和自適應(yīng)濾波等算法。采用上述的數(shù)據(jù)前端處理裝置，數(shù)據(jù)采集終端具有多個(gè)通道，對每個(gè)接收通道而言，在工作頻段內(nèi)具有平坦的幅頻特性和線性相位特性；對所有通道而言，它們的幅度、相位特性具有一致性，為后續(xù)的信號(hào)處理提供保障。使得數(shù)據(jù)采集裝置具有精度高、適應(yīng)性強(qiáng)、電路穩(wěn)定性好、功耗小等優(yōu)點(diǎn)。 該數(shù)據(jù)前端處理裝置能夠完成對微弱聲信號(hào)的寬帶濾波、無失真高增益放大和對背景噪聲的歸一化處理。
權(quán)利要求1. 一種用于管道泄漏或堵塞檢測的數(shù)據(jù)前端處理裝置，主要由傳感器、前置放大器、 濾波器、信號(hào)放大器、AD轉(zhuǎn)換器組成；其特征是傳感器檢測管道中的微弱泄漏或堵塞信號(hào)，將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后將轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)輸入給前置放大器，通過前置放大器進(jìn)行初級(jí)放大，隔離輸入電信號(hào)與后級(jí)放大電路之間的耦合作用，然后經(jīng)過集成運(yùn)放和R、 C組成的有源濾波電路對信號(hào)進(jìn)行濾波，然后將濾波后的信號(hào)輸入信號(hào)放大器進(jìn)行功率放大，得到對微弱聲信號(hào)的高增益放大和背景噪聲的歸一化處理信號(hào)，最后將該信號(hào)輸入AD 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸出。
專利摘要一種用于管道泄漏或堵塞檢測的數(shù)據(jù)前端處理裝置，其特征在主要由傳感器、前置放大器、濾波器、信號(hào)放大器、AD轉(zhuǎn)換器組成；其中傳感器，檢測管道中的微弱泄漏或堵塞信號(hào)，將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；前置放大器，對聲波傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)行初級(jí)放大，隔離輸入電信號(hào)與后級(jí)放大電路之間的耦合作用；濾波器，其為集成運(yùn)放和R、C組成的有源濾波電路，在AD采樣之前要對信號(hào)進(jìn)行濾波；信號(hào)放大器，對濾波后的信號(hào)進(jìn)行功率放大，實(shí)現(xiàn)對微弱聲信號(hào)的高增益放大和背景噪聲的歸一化處理；AD轉(zhuǎn)換器，將采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
文檔編號(hào)F17D5/06GK202040551SQ20102028862
公開日2011年11月16日 申請日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月12日
發(fā)明者萬洪杰, 傅強(qiáng), 秦宇, 陳君, 黃新華 申請人:北京知容寓遠(yuǎn)軟件科技有限公司