專利名稱：一種地下水管滲漏檢測定位系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及ー種地下水管滲漏檢測定位系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
地球上的淡水資源非常稀缺，經(jīng)過水廠處理之后的自來水更是需要珍惜使用，然而在平時生活中，有大量的自來水由于地下水管的滲漏而白白浪費(fèi)掉了。城市自來水管絕大部分是敷設(shè)在地下，當(dāng)水管破損發(fā)生漏水時不可能全面開挖修補(bǔ)，必須對漏水點(diǎn)進(jìn)行定位，然后開挖、修補(bǔ)。目前，水管漏水點(diǎn)的定位是依靠維修人員聽地下的漏水聲來確定漏水位置的。當(dāng)漏水不嚴(yán)重時，維修人員很難聽到漏水聲；只有當(dāng)水管破損嚴(yán)重，造成大量漏水，漏水聲很大吋，才能發(fā)現(xiàn)漏水點(diǎn)位置。但是這時水資源早已大量浪費(fèi)了。因此，及早發(fā)現(xiàn)水管滲漏、定位修補(bǔ)，是節(jié)水的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之ー。如果利用管道機(jī)器人的歩行機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)械定位，那么由于步行機(jī)構(gòu)打滑，就會造成定位不準(zhǔn)；如果采用有線機(jī)器人，依靠電線的長度進(jìn)行定位，那么就帶來電纜的消毒、電線的牽繞等問題；如果采用無線電傳輸定位，那么當(dāng)水管為鐵管或者鋼筋水泥吋，信息將無法正確傳送。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供ー種地下水管滲漏檢測定位系統(tǒng)及方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種地下水管滲漏檢測定位系統(tǒng)， 它包括超聲波接受器、探測裝置和PC計算機(jī)等；超聲波接受器與PC計算機(jī)的音頻接ロ相連，超聲波接受器接收探測裝置發(fā)出的超聲波脈沖后將超聲波脈沖轉(zhuǎn)換為電信號，并將該電信號傳送至PC計算機(jī)；所述探測裝置主要由防水外売、電源模塊、控制器、馬達(dá)、馬達(dá)驅(qū)動器、超聲波發(fā)生器、存儲器、USB輸出接ロ、CXD攝像機(jī)和LED燈等組成；其中，所述電源模塊、控制器、馬達(dá)驅(qū)動器、超聲波發(fā)生器、存儲器和USB輸出接ロ均密封在防水外殼內(nèi)，CCD 攝像機(jī)、LED燈和馬達(dá)均固定在防水外売上；控制器、超聲波發(fā)生器、馬達(dá)驅(qū)動器、存儲器、 CXD攝像機(jī)和LED燈均由電源模塊供電，馬達(dá)驅(qū)動器、超聲波發(fā)生器、存儲器、USB輸出接ロ、 CXD攝像機(jī)和LED燈分別與控制模塊相連，LED燈固定在CXD攝像機(jī)前面，馬達(dá)與馬達(dá)驅(qū)動器相連。一種應(yīng)用上述系統(tǒng)的地下水管滲漏檢測定位方法，包括以下步驟
(1)將超聲波接受器固定在地下水管的進(jìn)水ロ，將探測裝置放入地下水管的進(jìn)水ロ ；開啟探測裝置；所述開啟探測裝置具體為打開LED照明燈，然后，把控制器內(nèi)的超聲波脈沖計數(shù)器初值置為零，開啟CXD攝像機(jī)。(2)探測裝置2在地下水管內(nèi)隨水流前迸，CXD攝像機(jī)不斷攝取水管內(nèi)壁的圖像， 超聲波發(fā)生器同時不斷發(fā)出超聲波定時脈沖，水管內(nèi)壁的圖像與所發(fā)送超聲波定時脈沖的序號同步存入存儲器，直至探測裝置從地下水管的出水ロ流出。(3)超聲波接受器不斷接受探測裝置發(fā)出的超聲波定時脈沖，與超聲波接受器相連的PC計算機(jī)則不斷記錄收到的各個超聲波脈沖的時刻。從而得出探測裝置2離開地下水管的進(jìn)水口的距離。(4)從USB輸出接口輸出步驟(2)同步嵌入了超聲波定時脈沖序號的圖像，并根據(jù)水管滲漏部位的圖像嵌入的超聲波序號，以及所記錄的接受到對應(yīng)超聲波脈沖的時刻，可以得到地下水管滲漏部位的具體位置。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明采用大規(guī)模FPGA的嵌入式硬件探測裝置驅(qū)動攝像機(jī)對地下水管的管壁進(jìn)行攝像；周期性發(fā)送超聲波脈沖，并把發(fā)送超聲波序號嵌入到所攝圖像中去；在探測入口利用超聲波接受器接受超聲波信號，并用PC計算機(jī)記錄每次收到超聲波脈沖的時間；最后，當(dāng)探測裝置游歷完被測試水管，到達(dá)出口后，取出整個裝置。通過對記錄的水管內(nèi)壁圖像進(jìn)行分析可以精確得到地下水管的滲漏位置，從而實現(xiàn)了水管漏水位置檢測與精確定位，為水管開挖、修補(bǔ)提供依據(jù)。


圖1是定位探測裝置的使用示意圖； 圖2是定位方法的示意圖3是定位探測裝置的硬件框架圖； 圖4是控制模塊的運(yùn)行流程圖； 圖5為超聲波定時發(fā)生器的電氣原理框圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明地下水管滲漏檢測定位系統(tǒng)包括超聲波接受器1、探測裝置2 和PC計算機(jī)3 ；超聲波接受器1與PC計算機(jī)3的音頻接口相連，超聲波接受器1接收探測裝置2發(fā)出的超聲波脈沖后將超聲波脈沖轉(zhuǎn)換為電信號，并將該電信號傳送至PC計算機(jī)3。如圖3所示，探測裝置2主要由防水外殼、電源模塊、控制器、馬達(dá)、馬達(dá)驅(qū)動器、 超聲波發(fā)生器、存儲器、USB輸出接口、CCD攝像機(jī)和LED燈組成。其中，電源模塊、控制器、 馬達(dá)驅(qū)動器、超聲波發(fā)生器、存儲器和USB輸出接口均密封在防水外殼內(nèi)，C⑶攝像機(jī)、LED 燈和馬達(dá)均固定在防水外殼上?？刂破?、超聲波發(fā)生器、馬達(dá)驅(qū)動器、存儲器、CXD攝像機(jī)和 LED燈均由電源模塊供電，馬達(dá)驅(qū)動器、超聲波發(fā)生器、存儲器、USB輸出接口、(XD攝像機(jī)和 LED燈分別與控制模塊相連，LED燈固定在CXD攝像機(jī)前面，馬達(dá)與馬達(dá)驅(qū)動器相連。控制器可以由FPGA (Field Programable Gate Array現(xiàn)場可編程門陣列)、單片機(jī)或DSP (Digital Singnal Processor數(shù)字信號處理器)實現(xiàn)?？刂破靼ǔ暡}沖計數(shù)器?？刂破骺刂岂R達(dá)的啟動與停止、超聲波發(fā)生器發(fā)出的脈沖頻率、攝像機(jī)的工作狀態(tài)； 在控制器控制下把懾取的圖像數(shù)據(jù)記錄到存儲器，并嵌入超聲波序號，同時可以把記錄在存儲器中的數(shù)據(jù)，通過USB接口向外輸出。如圖4所示，控制器控制整個裝置的啟停。開啟時，完成裝置的初始化工作。裝置每發(fā)送一個超聲波脈沖，則控制脈沖計數(shù)器的值加1。然后，把脈沖計數(shù)值和當(dāng)前的視頻圖象保存到存儲器之中。停機(jī)時，則應(yīng)當(dāng)關(guān)掉整機(jī)的電源。如圖5所示，超聲波發(fā)生器主要由三個反相器FpF2、F3組成的振蕩器(反相器F3的輸出為40kHZ方波，工作頻率主要由電容Cp電阻R1和可變電阻&決定，用可變電阻&來調(diào)節(jié)頻率)和由F4輸出所激勵的超聲波換能器T40-16組成。超聲波換能器T40-16可以采用美國德州儀器、日本富士通等公司的產(chǎn)品。超聲波發(fā)生器定時發(fā)出超聲波脈沖。超聲波接受器1接收探測裝置2發(fā)出的超聲波脈沖后將超聲波脈沖轉(zhuǎn)換為電信號，并將該電信號傳送至PC計算機(jī)3，PC計算機(jī)3實時記錄并監(jiān)視探測裝置2在水管內(nèi)的位置。本發(fā)明的工作過程如下首先在自來水的進(jìn)水口固定好超聲波接受器1。然后，把探測裝置2放入進(jìn)水口，并啟動。探測裝置2沿水管前迸。探測裝置2的C⑶攝像機(jī)記錄沿途自來水管內(nèi)壁的圖像，同時記錄所發(fā)送的超聲波脈沖序號。在自來水管的出水ロ取出本發(fā)明的探測裝置2。通過，查看記錄的水管滲漏部位內(nèi)壁圖象和所對應(yīng)的超聲波脈沖序號，以及超聲波接受器1接受到的對應(yīng)超聲波脈沖的時間，就可以得到水管滲漏部位到水管進(jìn)水口的路程長度。再參考水管敷設(shè)的管路圖，最終就可以確定水管滲漏的具體位置。具體來說，地下水管內(nèi)壁的圖像信息由C⑶攝像機(jī)全方位獲?。怀暡òl(fā)生器定時產(chǎn)生超聲波脈沖；同時，探測裝置2把發(fā)出超聲波的序號嵌入到攝入的圖像中去；然后， 把已經(jīng)嵌入序號的圖像信息保存在內(nèi)置的存儲器之中；地下水管端ロ的超聲波接受器1接受超聲波信號，每當(dāng)接收到一次超聲波信號，則記錄下當(dāng)前的時間點(diǎn)。如圖2所示，為簡單起見，這里把一根筆直的地下水管的起始端ロ作為位置起點(diǎn) 0，起點(diǎn)0處放著超聲波受話器，水管內(nèi)壁的攝像從起點(diǎn)0處開始計時。接收到第一個超聲波信號的時間點(diǎn)記為t1;以此類推，當(dāng)接收到第η個超聲波信號的時間點(diǎn)記為tn。這樣，只要從圖像信息中發(fā)現(xiàn)任意一個超聲波序號處的滲漏，就可以精確地計算出水管的滲漏位置。計算公式如下當(dāng)tn處有滲漏，滲漏點(diǎn)離起點(diǎn)端ロ處的距離為
Kゆ；
式中，ν表示超聲波在水中傳播速度，T表示為超聲波定時發(fā)生的周期。本發(fā)明地下水管滲漏檢測定位方法，包括以下步驟
1、將超聲波接受器1固定在地下水管的進(jìn)水口，將探測裝置2放入地下水管的進(jìn)水口 ； 開啟探測裝置2;
開啟探測裝置2具體為打開LED照明燈，然后，把控制器內(nèi)的超聲波脈沖計數(shù)器初值置為零，開啟CXD攝像機(jī)。2、探測裝置2在地下水管內(nèi)隨水流前迸，C⑶攝像機(jī)不斷攝取水管內(nèi)壁的圖像，超聲波發(fā)生器同時不斷發(fā)出超聲波定時脈沖，水管內(nèi)壁的圖像與所發(fā)送超聲波定時脈沖的序號同步存入存儲器，直至探測裝置2從地下水管的出水ロ流出。3、超聲波接受器1不斷接受探測裝置2發(fā)出的超聲波定時脈沖，與超聲波接受器1 相連的PC計算機(jī)3則不斷記錄收到的各個超聲波脈沖的時刻。從而得出探測裝置2離開地下水管的進(jìn)水口的距離。4、從USB輸出接ロ輸出步驟(2)同步嵌入了超聲波定時脈沖序號的圖像，并根據(jù)水管滲漏部位的圖像嵌入的超聲波序號，以及所記錄的接受到對應(yīng)超聲波脈沖的時刻，可以得到地下水管滲漏部位的具體位置。本發(fā)明采用水下攝像對水管內(nèi)壁檢查，超聲波測量技術(shù)對圖像進(jìn)行定位，從而實現(xiàn)了水管漏水位置檢測與精確定位，為水管開挖、修補(bǔ)提供依據(jù)。
權(quán)利要求
1.ー種地下水管滲漏檢測定位系統(tǒng)，其特征在于，它包括超聲波接受器(1)、探測裝置(2 )和PC計算機(jī)(3 )等；超聲波接受器(1)與PC計算機(jī)(3 )的音頻接ロ相連，超聲波接受器(1)接收探測裝置(2)發(fā)出的超聲波脈沖后將超聲波脈沖轉(zhuǎn)換為電信號，并將該電信號傳送至PC計算機(jī)(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述地下水管滲漏檢測定位系統(tǒng)，其特征在干，所述探測裝置(2)主要由防水外殼、電源模塊、控制器、馬達(dá)、馬達(dá)驅(qū)動器、超聲波發(fā)生器、存儲器、USB輸出接ロ、 CCD攝像機(jī)和LED燈等組成；其中，所述電源模塊、控制器、馬達(dá)驅(qū)動器、超聲波發(fā)生器、存儲器和USB輸出接ロ均密封在防水外殼內(nèi)，CCD攝像機(jī)、LED燈和馬達(dá)均固定在防水外売上；控制器、超聲波發(fā)生器、馬達(dá)驅(qū)動器、存儲器、CCD攝像機(jī)和LED燈均由電源模塊供電，馬達(dá)驅(qū)動器、超聲波發(fā)生器、存儲器、USB輸出接ロ、CCD攝像機(jī)和LED燈分別與控制模塊相連，LED 燈固定在CXD攝像機(jī)前面，馬達(dá)與馬達(dá)驅(qū)動器相連。
3.ー種應(yīng)用權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的地下水管滲漏檢測定位方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)將超聲波接受器(1)固定在地下水管的進(jìn)水ロ，將探測裝置(2)放入地下水管的進(jìn)水口 ；開啟探測裝置(2);所述開啟探測裝置(2)具體為打開LED照明燈，然后，把控制器內(nèi)的超聲波脈沖計數(shù)器初值置為零，開啟CCD攝像機(jī)；(2)探測裝置(2)在地下水管內(nèi)隨水流前迸，C⑶攝像機(jī)不斷攝取水管內(nèi)壁的圖像，超聲波發(fā)生器同時不斷發(fā)出超聲波定時脈沖，水管內(nèi)壁的圖像與所發(fā)送超聲波定時脈沖的序號同步存入存儲器，直至探測裝置(2)從地下水管的出水ロ流出；(3 )超聲波接受器(1)不斷接受探測裝置(2 )發(fā)出的超聲波定時脈沖，與超聲波接受器 (1)相連的PC計算機(jī)(3)則不斷記錄收到的各個超聲波脈沖的時刻；從而得出探測裝置(2) 離開地下水管的進(jìn)水口的距離；(4)從USB輸出接ロ輸出步驟(2)同步嵌入了超聲波定時脈沖序號的圖像，并根據(jù)水管滲漏部位的圖像嵌入的超聲波序號，以及所記錄的接受到對應(yīng)超聲波脈沖的時刻，可以得到地下水管滲漏部位的具體位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種地下水管滲漏檢測定位系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括超聲波接受器、探測裝置和PC計算機(jī)；超聲波接受器與PC計算機(jī)的音頻接口相連，超聲波接受器接收探測裝置發(fā)出的超聲波脈沖后將超聲波脈沖轉(zhuǎn)換為電信號，并將該電信號傳送至PC計算機(jī)；本發(fā)明實現(xiàn)了水管漏水位置檢測與精確定位，為水管開挖、修補(bǔ)提供依據(jù)。
文檔編號F17D5/02GK102537667SQ20111044960
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者楊仲琦, 楊睿剛, 楊長生, 胡克用 申請人:杭州翰平電子技術(shù)有限公司