管網(wǎng)音頻采集器及實現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及管網(wǎng)音頻采集器及實現(xiàn)方法，管道音頻采集器電路由處理單元、前端音頻拾取單元、頻率鑒別與觸發(fā)單元、電源單元構(gòu)成；處理單元采用海思處理器芯片Hi3520，前端音頻拾取單元由殼體、拾音頭、膜片構(gòu)成，殼體內(nèi)腔頂部固定拾音頭，內(nèi)腔頂部固定膜片，由頂部引出拾音頭引線；頻率鑒別與觸發(fā)單元由外殼體、基座、壓感元件、質(zhì)量塊、彈簧構(gòu)成；通過管網(wǎng)音頻采集器采集正常水流流經(jīng)管道發(fā)出的頻率的聲音所產(chǎn)生電壓信號保存在存儲器中作為標(biāo)準(zhǔn)電壓數(shù)據(jù)，將每次采集的實時電壓數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)電壓數(shù)據(jù)進行比較，通過比較、判斷電壓數(shù)據(jù)是否正常，從而判斷是否管道破損，相對人工進行識別，本裝置檢測準(zhǔn)確率高、減少人員，效果佳，經(jīng)濟效果顯著。
【專利說明】管網(wǎng)音頻采集器及實現(xiàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及供水管網(wǎng)檢測裝置，特別涉及一種管網(wǎng)音頻采集器及實現(xiàn)方法，適用于供水埋地管道的檢測。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，城市燃氣、城市供水埋地管道腐蝕與保護越來越引起人們的重視，由于管道防腐層埋地時間長久而出現(xiàn)老化、發(fā)脆、剝離和脫落，因而會造成管道的腐蝕、穿孔，引起管道中的水泄漏，給國民經(jīng)濟造成嚴(yán)重的損失。
[0003]對新鋪設(shè)管道防腐層施工質(zhì)量嚴(yán)格驗收，以及實時檢測使用中管道防腐層的運行狀況，對于防止和及時發(fā)現(xiàn)管道損壞十分重要，實時檢測能提供真實有效的技術(shù)參數(shù)，為技術(shù)分析提供數(shù)據(jù)。
[0004]考慮到物體間的相互碰撞會產(chǎn)生振動，發(fā)出聲音，形成聲波。根據(jù)聲波不但能在空氣中傳播，而且能在液體和固體中傳播的原理。漏水聲音信號的特點是:當(dāng)輸水管線有泄漏點時，水會沿著管線的漏點向外噴出。在水向外噴射的過程中，水會與管壁發(fā)生摩擦，水穿過漏點時形成湍流以及和空氣或土壤等的撞擊應(yīng)力波，漏水形成的聲音是頻率不變、持續(xù)的聲音信號。
[0005]然而，實際檢測漏水的環(huán)境中往往存在相當(dāng)強的背景噪音。漏水噪聲具有隨機性，不能用明確的數(shù)學(xué)關(guān)系式來表達。但是，漏水信號卻有共同的統(tǒng)計特性。所以記錄管網(wǎng)音頻通過運行聲音為管道運行提供了一種新的手段檢測方法，可以肯定，利用漏水聲音信號的特點來判斷輸水管線泄漏點是一個可行的方案，管道的漏水聲音的檢查將是管網(wǎng)維護的重要內(nèi)容。
[0006]目前，僅能通過簡單的設(shè)備或人工通過聽漏儀進行監(jiān)聽識別。對測量時的音頻進行監(jiān)聽，存在以下不足，1、不能進行連續(xù)檢測，由于不能連續(xù)檢測所以管道的故障不能及時發(fā)現(xiàn)造成浪費2、人工進行檢測會由于不同人員的熟練程度影響檢測的結(jié)果3、由于地下管線覆蓋面廣，造成檢測人員勞動強度高，耗時長。特別是關(guān)鍵部位如高層建筑下人工不能進行檢測。
如何解決這個問題就成為了本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員所要研究和解決的課題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的就是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種管網(wǎng)音頻采集器的設(shè)計方案，管道音頻采集器與管道的連接，對管網(wǎng)監(jiān)測點進行實時檢測、監(jiān)聽，將音頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過無線遠傳模塊將數(shù)據(jù)實時上傳給檢測控制中心服務(wù)器，檢測控制中心服務(wù)器對數(shù)字信號還原成音頻信號，并對異常頻率的音頻信號進行分析、判斷和處理。
[0008]本發(fā)明是通過這樣的技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種管網(wǎng)音頻采集器，包括電路和結(jié)構(gòu)，其特征在于，管道音頻采集器電路由處理單元、前端音頻拾取單元、頻率鑒別與觸發(fā)單元、電源單元構(gòu)成； 處理單元的核心采用海思處理器芯片Hi3520，海思處理器芯片Hi3520通過數(shù)字采集接口連接音視頻解碼芯片TW2866的輸出端，通過DDR2 SDRAM接口連接容量為IG的DDR內(nèi)存，通過NOR Flash接口連接128M Flash ;通過UART接口連接頻率鑒別與觸發(fā)單元的頻率傳感器；通過PC1-SATA轉(zhuǎn)接卡接口連接硬盤HDD ；
所述音視頻解碼芯片TW2866的輸入端與拾音單兀內(nèi)的拾音頭輸出端連接；
所述管網(wǎng)音頻采集器的結(jié)構(gòu)件包括固定底板、采集器外殼；在固定底板上固定前端音頻拾取單元和頻率鑒別與觸發(fā)單元；
所述前端音頻拾取單元由殼體、拾音頭、膜片構(gòu)成，殼體為凹型，其內(nèi)部型腔為錐型，殼體內(nèi)腔頂部固定拾音頭，內(nèi)腔頂部固定膜片，由頂部引出拾音頭引線；
所述頻率鑒別與觸發(fā)單元由外殼體、基座、壓感元件、質(zhì)量塊、彈簧構(gòu)成；
正常水流流經(jīng)管道或管道破損水流出時，會發(fā)出不同的頻率的聲音，不同的頻率會通過基座傳導(dǎo)到彈簧，在彈簧作用力下質(zhì)量塊上下移動，作用力作用在壓感元件上，使得壓感元件發(fā)生形變；壓感元件發(fā)生形變后產(chǎn)生電荷，產(chǎn)生的電荷在信號調(diào)理電路處理后轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，不同的頻率產(chǎn)生不同的電壓輸入控制單元；
采集正常水流流經(jīng)管道發(fā)出的頻率的聲音所產(chǎn)生電壓信號保存在存儲器中硬盤HDD作為標(biāo)準(zhǔn)電壓數(shù)據(jù)，將每次采集的實時電壓數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)電壓數(shù)據(jù)進行比較，通過比較、判斷電壓數(shù)據(jù)是否正常，若電壓值不正常，則啟動電源電路，啟動音頻拾取電路、處理單元錄制音頻信號；通過對音頻信號的分析從而判斷是否管道破損。
[0009]有益效果是:管道音頻采集器與管道的連接，對管網(wǎng)監(jiān)測點進行實時檢測、監(jiān)聽，將音頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過無線遠傳模塊將數(shù)據(jù)實時上傳給檢測控制中心服務(wù)器，檢測控制中心服務(wù)器對數(shù)字信號還原成音頻信號，并對異常頻率的音頻信號進行分析、判斷和處理。通過管網(wǎng)音頻采集器能對測量時的音頻進行監(jiān)聽，相對人工進行識別，其檢測準(zhǔn)確率高、減少人員，效果佳，經(jīng)濟效果顯著。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1、管網(wǎng)音頻采集器構(gòu)成框圖；
圖2、管道音頻采集器與管道的連接方式主視圖；
圖3、管道音頻采集器與管道的連接方式側(cè)視圖；
圖4、管道音頻采集器內(nèi)部結(jié)構(gòu)主圖；
圖5、管道音頻采集器俯視圖；
圖6、前端音頻拾取單元結(jié)構(gòu)主視圖；
圖7、前端音頻拾取單元結(jié)構(gòu)俯視圖圖8、頻率鑒別單元結(jié)構(gòu)圖。
[0011]圖中:1.固定底板，2.采集器外殼，3.前端音頻拾取單元，4.頻率鑒別與觸發(fā)單元，5.管道；
31.殼體Α，32.拾音頭，33.膜片33 ；
41.殼體B，42.基座，43.壓電陶瓷，44.質(zhì)量塊，45.彈簧。
【具體實施方式】
[0012]為了更清楚的理解本發(fā)明，結(jié)合附圖和實施例詳細描述本發(fā)明:
一種管網(wǎng)音頻采集器，包括電路和結(jié)構(gòu)，管道音頻采集器電路由處理單元、前端音頻拾取單元、頻率鑒別與觸發(fā)單元、電源單元構(gòu)成；
處理單元的核心采用海思處理器芯片Hi3520，海思處理器芯片Hi3520通過數(shù)字采集接口連接音視頻解碼芯片TW2866的輸出端，通過DDR2 SDRAM接口連接容量為IG的DDR內(nèi)存，通過NOR Flash接口連接128M Flash ;通過UART接口連接頻率鑒別與觸發(fā)單元的頻率傳感器；通過PC1-SATA轉(zhuǎn)接卡接口連接硬盤HDD ；
音視頻解碼芯片TW2866的輸入端與拾音單兀內(nèi)的拾音頭輸出端連接；
管網(wǎng)音頻采集器的結(jié)構(gòu)件包括固定底板1、采集器外殼2 ;在固定底板I上固定前端音頻拾取單兀3和頻率鑒別與觸發(fā)單兀4 ；
前端音頻拾取單元3由殼體31、拾音頭32、膜片33構(gòu)成，殼體31為凹型，其內(nèi)部型腔為維型，殼體31內(nèi)腔頂部固定拾首頭32，內(nèi)腔頂部固定I旲片33，由頂部引出拾首頭32引線34；
頻率鑒別與觸發(fā)單元4由外殼體41、基座42、壓感元件43、質(zhì)量塊44、彈簧45構(gòu)成。
[0013]正常水流流經(jīng)管道或管道破損水流出時，會發(fā)出不同的頻率的聲音，不同的頻率會通過基座42傳導(dǎo)到彈簧45，在彈簧作用力下質(zhì)量塊44上下移動，作用力作用在壓感元件43上，使得壓感元件43發(fā)生形變。壓感元件43發(fā)生形變后產(chǎn)生電荷，產(chǎn)生的電荷在信號調(diào)理電路處理后轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺煌念l率產(chǎn)生不同的電壓輸入控制單元；
采集正常水流流經(jīng)管道發(fā)出的頻率的聲音所產(chǎn)生電壓信號保存在存儲器中硬盤HDD作為標(biāo)準(zhǔn)電壓數(shù)據(jù)，將每次采集的實時電壓數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)電壓數(shù)據(jù)進行比較，通過比較、判斷電壓數(shù)據(jù)是否正常，若電壓值不正常，則啟動電源電路，啟動音頻拾取電路、處理單元錄制音頻信號。通過對音頻信號的分析從而判斷是否管道破損。
[0014]管網(wǎng)音頻采集器實現(xiàn)音頻采集的方法，包括如下步驟:
步驟I將固定底板I固定在管道上；管網(wǎng)音頻采集器3和頻率鑒別與觸發(fā)單元4固定底板I上；
步驟2基座42與管道5緊密接觸，當(dāng)管道5外壁振動時，通過基座42的傳導(dǎo)到質(zhì)量塊44，質(zhì)量塊44在彈簧作用下，擠壓壓感元件；
步驟3在擠壓作用下壓感元件43發(fā)生外形變化，壓感元件產(chǎn)生電荷，產(chǎn)生的電荷由信號調(diào)理電路；信號調(diào)理電路將由壓電元件產(chǎn)生的高阻抗點和信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎玫牡妥杩闺妷盒盘?。不同的頻率產(chǎn)生不同的電壓值輸入海思處理器芯片Hi3520 ；
步驟4當(dāng)頻率鑒別與觸發(fā)單元4輸出的電壓信號達到指定數(shù)值，電源單元啟動，處理單元供電啟動，前端音頻拾取單元采集音頻信號通過TW2865采集輸入，通過級聯(lián)的方式通過I2S接口送給海思處理器芯片Hi3520編碼。經(jīng)海思處理器芯片Hi3520編碼后的音頻流通過PC1-SATA轉(zhuǎn)接卡電路，存儲在硬盤上；
步驟5結(jié)果當(dāng)水流流經(jīng)管道與管壁摩擦產(chǎn)生聲音，管道發(fā)出的音頻信號，通過膜盒后，聲音信號更加敏感，有拾音頭轉(zhuǎn)換為模擬信號，模擬信號經(jīng)過音頻采集單元采樣、量化后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。
[0015]數(shù)字信號由處理單元中的海思處理器芯片Hi3520處理完成信號編碼、形成音頻文件、存儲； 步驟6采集正常水流流經(jīng)管道發(fā)出的頻率的聲音所產(chǎn)生電壓信號保存在存儲器中硬盤HDD作為標(biāo)準(zhǔn)電壓數(shù)據(jù)，將每次采集的實時電壓數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)電壓數(shù)據(jù)進行比較，通過比較、判斷電壓數(shù)據(jù)是否正常，若電壓值不正常，則啟動電源電路，啟動音頻拾取電路、處理單元錄制音頻信號。通過對音頻信號的分析從而判斷是否管道破損。
[0016]工作原理:
當(dāng)水流流經(jīng)管道與管壁摩擦產(chǎn)生聲音，管道發(fā)出的音頻信號，通過膜盒后，聲音信號更加敏感，有拾音頭轉(zhuǎn)換為模擬信號，模擬信號經(jīng)過音頻采集單元采樣、量化后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。數(shù)字信號可以由中心處理器處理完成信號編碼、形成音頻文件、存儲。
[0017]可以長時間對管網(wǎng)監(jiān)測點進行監(jiān)聽，對可疑的頻率進行錄音并及時發(fā)送音頻文件至后臺服務(wù)器。分析人員通過分析軟件對音頻文件進行頻率分析，得出結(jié)論。由于錄制的音頻文件較大。不適宜網(wǎng)絡(luò)傳送。所以本管道音頻采集器增加頻率鑒別單元可以對可疑的頻率出現(xiàn)后，發(fā)出觸發(fā)信號啟動錄音電路錄制文件并發(fā)送音頻文件，及時處理。
[0018]本管道音頻采集器由中心控制器、前端音頻拾取單元、頻率鑒別與觸發(fā)單元、電源四部分構(gòu)成。中心控制器的核心部分基于海思3512芯片具有ARM9處理器內(nèi)核以及音、視頻硬件加速引擎的高性能通信媒體處理器。具有高集成、可編程、具有音頻編解碼功能?？梢酝ㄟ^ARM內(nèi)核實現(xiàn)多種音頻、語音編解碼功能，具有外部存儲器接口 ■ DDR2 SDRAM接口。通過USB接口駁接3G模塊。前端音頻拾取單元由拾音盒和拾音頭組合而成。
[0019]音頻拾取單元由三面密閉，一面開放的空氣腔構(gòu)成。該結(jié)構(gòu)可以使得聲音更加清晰明亮。在其上方頂部安裝拾音頭，采集管道發(fā)出的聲音。
[0020]頻率鑒別與觸發(fā)單元由基座，振動塊，彈簧，壓電元件構(gòu)成。基座與管道緊密接觸，當(dāng)管道外壁振動時，通過基座的傳導(dǎo)到振動塊，振動塊在彈簧作用下，擠壓壓感元件。壓感元件在擠壓下發(fā)生外形變化，產(chǎn)生電荷。產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號。不同的頻率產(chǎn)生不同的電壓值輸入中心處理器。
[0021]工作原理:
當(dāng)水流流經(jīng)管道與管壁摩擦產(chǎn)生聲音，管道發(fā)出的音頻信號，通過膜盒后，聲音信號更加敏感，有拾音頭轉(zhuǎn)換為模擬信號，模擬信號經(jīng)過音頻采集單元采樣、量化后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。數(shù)字信號可以由中心處理器處理完成信號編碼、形成音頻文件、存儲。
[0022]根據(jù)上述說明，結(jié)合本領(lǐng)域技術(shù)可實現(xiàn)本發(fā)明的方案。
【權(quán)利要求】
1.一種管網(wǎng)音頻采集器，包括電路和結(jié)構(gòu)，其特征在于，管道音頻采集器電路由處理單元、前端音頻拾取單元、頻率鑒別與觸發(fā)單元、電源單元構(gòu)成； 處理單元的核心采用海思處理器芯片Hi3520，海思處理器芯片Hi3520通過數(shù)字采集接口連接音視頻解碼芯片TW2866的輸出端，通過DDR2 SDRAM接口連接容量為IG的DDR內(nèi)存，通過NOR Flash接口連接128M Flash ;通過UART接口連接頻率鑒別與觸發(fā)單元的頻率傳感器；通過PC1-SATA轉(zhuǎn)接卡接口連接硬盤HDD ； 所述音視頻解碼芯片TW2866的輸入端與拾音單兀內(nèi)的拾音頭輸出端連接； 所述管網(wǎng)音頻采集器的結(jié)構(gòu)件包括固定底板(I)、采集器外殼(2);在固定底板(I)上固定前端音頻拾取單元(3)和頻率鑒別與觸發(fā)單元(4)； 所述前端音頻拾取單元(3)由殼體(31)、拾音頭(32)、膜片(33)構(gòu)成，殼體(31)為凹型，其內(nèi)部型腔為錐型，殼體(31)內(nèi)腔頂部固定拾音頭(32)，內(nèi)腔頂部固定膜片(33)，由頂部引出拾音頭(32)引線(34); 所述頻率鑒別與觸發(fā)單元(4)由外殼體(41)、基座(42)、壓感元件(43)、質(zhì)量塊(44)、彈黃(45)構(gòu)成； 正常水流流經(jīng)管道或管道破損水流出時，會發(fā)出不同的頻率的聲音，不同的頻率會通過基座(42)傳導(dǎo)到彈簧(45)，在彈簧作用力下質(zhì)量塊(44)上下移動，作用力作用在壓感元件(43)上，使得壓感元件(43)發(fā)生形變；壓感元件(43)發(fā)生形變后產(chǎn)生電荷，產(chǎn)生的電荷在信號調(diào)理電路處理后轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺煌念l率產(chǎn)生不同的電壓輸入控制單元； 采集正常水流流經(jīng)管道發(fā)出的頻率的聲音所產(chǎn)生電壓信號保存在存儲器中硬盤HDD作為標(biāo)準(zhǔn)電壓數(shù)據(jù)，將每次采集的實時電壓數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)電壓數(shù)據(jù)進行比較，通過比較、判斷電壓數(shù)據(jù)是否正常，若電壓值不正常，則啟動電源電路，啟動音頻拾取電路、處理單元錄制音頻信號；通過對音頻信號的分析從而判斷是否管道破損。
2.權(quán)利要求1所述管網(wǎng)音頻采集器其實現(xiàn)音頻采集的方法，包括如下步驟: 步驟I)將固定底板I固定在管道上；所述管網(wǎng)音頻采集器(3)和頻率鑒別與觸發(fā)單元(4)固定底板(I)上； 步驟2 )基座(42 )與管道(5 )緊密接觸，當(dāng)管道(5 )外壁振動時，通過基座(42 )的傳導(dǎo)到質(zhì)量塊(44)，質(zhì)量塊(44)在彈簧作用下，擠壓壓感元件； 步驟3)在擠壓作用下壓感元件(43)發(fā)生外形變化，壓感元件產(chǎn)生電荷，產(chǎn)生的電荷由信號調(diào)理電路；信號調(diào)理電路將由壓電元件產(chǎn)生的高阻抗點和信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎玫牡妥杩闺妷盒盘枺徊煌念l率產(chǎn)生不同的電壓值輸入海思處理器芯片Hi3520 ； 步驟4)當(dāng)頻率鑒別與觸發(fā)單元(4)輸出的電壓信號達到指定數(shù)值，電源單元啟動，處理單元供電啟動，前端音頻拾取單元采集音頻信號通過TW2865采集輸入，通過級聯(lián)的方式通過I2S接口送給海思處理器芯片Hi3520編碼；經(jīng)海思處理器芯片Hi3520編碼后的音頻流通過PC1-SATA轉(zhuǎn)接卡電路，存儲在硬盤上； 步驟5)結(jié)果當(dāng)水流流經(jīng)管道與管壁摩擦產(chǎn)生聲音，管道發(fā)出的音頻信號，通過膜盒后，聲音信號更加敏感，有拾音頭轉(zhuǎn)換為模擬信號，模擬信號經(jīng)過音頻采集單元采樣、量化后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號； 數(shù)字信號由處理單元中的海思處理器芯片Hi3520處理完成信號編碼、形成音頻文件、存儲； 步驟6)采集正常水流流經(jīng)管道發(fā)出的頻率的聲音所產(chǎn)生電壓信號保存在存儲器中硬盤HDD作為標(biāo)準(zhǔn)電壓數(shù)據(jù)，將每次采集的實時電壓數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)電壓數(shù)據(jù)進行比較，通過比較、判斷電壓數(shù)據(jù)是否正常，若電壓值不正常，則啟動電源電路，啟動音頻拾取電路、處理單元錄制音頻信號；通過對音頻信號的分析從而判斷是否管道破損。
【文檔編號】F17D5/06GK104359008SQ201410684694
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月25日
【發(fā)明者】魚永強, 肖永軍, 倪曉, 李溪, 張永強, 姜立君, 李春光, 郭潤松, 齊萍 申請人:天津市林海建設(shè)工程集團有限公司