一种基于介电常数法的便携式墙体水管分布探测装置

1.本发明涉及建筑结构检测领域，具体涉及一种基于介电常数法的便携式墙体水管分布探测装置。


背景技术：

2.家庭装修检查中，往往需要对墙体进行打孔或开挖，水管位置的不准确性大大增加了施工的难度系数；严重时会引发事故造成人员或财产的损失。如果能够在施工前确定好水管的准确位置，不仅降低了施工难度也提高了施工的效率和安全系数。与其他探测装置的原理相比，介电常数法计算简单，容易理解，而且由于水的介电常数跟其他建材差别较大，所以本装置采用介电常数法可以有效清晰的探测出墙体管道的具体位置，极大的提高了工作效率。
3.目前绝大多数水管探测器只能探测到金属管道，对于墙体内部使用较多的绝缘塑料管(pvc)无法被探测到，故使用受到限制。一些探测技术采用红外热成像术进行设计，即通过微波对墙体进行局部加热，之后进行红外热成像。相比于其他物质，水比热容很大，故水管可以被检测出来。这类技术这在很多热成像仪中均有使用。该方案探测效果极佳，还可以检测木头、钢筋之类的其他物体，但设计和使用成本较高，装置体积大，使用和携带不便，容易对墙体造成破坏，不利于民用市场的推广。因此，市面上迫切需要一种尺寸较小、结构简单、成本低廉、制作工艺简单、使用携带方便的水管探测器。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：制造出一种尺寸较小、结构简单、成本低廉、制作工艺简单、使用携带方便的新型便携式墙体水管分布探测装置。此装置可以有效的解决墙体水管探测成本高，探测过程难的问题，极大的提高了施工效率。为墙体探测工作提供一种新的方法和思路。
5.本发明所采用的具体技术方案是：
6.一种基于介电常数法的便携式墙体水管分布探测装置，所述装置包括：开式电容器、数据解算电路和外壳；
7.所述数据解算电路包括依次连接的稳压电源部分、电容传感器部分、放大电路部分、以及中心确定和声光报警部分；所述开式电容器与所述电容传感器部分通过导线连接，进行数据的传输；所述开式电容器包括第一极板、第二极板和第三极板，其中第二极板和第三极板通过导线连接；
8.所述数据解算电路设置于所述外壳内部；
9.所述外壳底部设有多个万向轮，上表面设有指示灯组；所述外壳前侧设有蜂鸣器组件，左右两侧设有手指槽；所述指示灯组包括多个led指示灯。
10.进一步的，所述稳压电源部分包括可充电电源、稳压电源7805、第一电容器、第二电容器、第一保护电阻、第二保护电阻和led灯；当所述可充电电源充满电后所述led灯亮
起。
11.进一步的，所述电容传感器部分包括第三电容器和电容传感器cva424；所述开式电容器可拆卸地固定在外壳底部，并通过导线与所述电容传感器cva424连接，所述电容传感器cva424用于将电容信号转化为电压信号输出，便于进行数据的解算。
12.进一步的，所述放大电路部分包括lm158芯片、lm358放大电路和反馈电阻；所述lm158芯片中设有减法电路。
13.进一步的，所述电容传感器cva424被配置为在把电容信号转化为电压信号输出后，在放大电路中开关下扳时接入lm358放大电路，开关上扳时短路lm358放大电路。
14.进一步的，所述稳压电源部分的电源电压被配置为通过是否加稳压电源7805的方式，提供两个不同电压值的电源分别给用电器和电容传感器cva424以提供电压信号；所述用电器为偏心电机或蜂鸣器组件中的蜂鸣器。
15.进一步的，所述中心确定和声光报警部分包括四个74ls04芯片、四个74ls08芯片、多个第三保护电阻、稳压二极管、三极管、所述偏心电机和所述蜂鸣器；利用所述四个74ls04芯片和四个74ls08芯片的真值表设计电路被配置为针对不同的输出电压范围对应实现不同的led指示灯发光。
16.进一步的，所述的外壳由abs材料制成；
17.所述外壳上表面还设有卡扣槽，卡扣槽上通过卡扣安装有把手，所述把手由卡扣和手指环组成。
18.进一步的，所述的数据解算电路的电路板通过定位螺丝固定在外壳内部，与所述开式电容器错开。
19.本发明中，稳压电源部分、电容传感器部分、放大电路部分、中心定位和声光报警部分互相配合完成数据的计算及结果的显示。当可充电电源充满电后稳压电源部分的led灯亮起,电源电压通过是否加稳压电源7805的方式，提供两个不同电压值的电源分别给用电器(可切换模式为蜂鸣器模式或振动模式)和电容传感器cva424提供电压信号。电容传感器cva424把电容信号转化为电压信号输出后，在放大电路中开关下扳接入lm358放大电路时，通过设定调节振荡器参考电容使放大后输出信号变化较小，测量出静态电容值。开关上扳时短路lm358放大电路，通过测量开式电容器电容信号的变化，得到不同的电压输出信号。同时，通过lm158芯片设计出减法电路，测量输出信号和参考电压的差值使得计算数据更加准确。随着电压信号进入中心确定电路和声光报警电路，利用74ls04芯片和74ls08芯片的真值表设计电路使得不同的电压范围内对应不同的led指示灯发光。并用稳压二极管保证数字电路的正常工作。将放大电路输出电压和电源电压利用三极管连接起来，适用于数电和模电不同工作电流不同的特点。根据指示灯组中led指示灯亮起的数量和偏心电机或蜂鸣器的反应程度来最终确定水管的具体位置。
20.所述的装置构造中，通过卡扣和卡扣槽将把手和装置固定在一起，通过把手上的手指环和装置两侧的手指槽来实现控制装置进行移动，提高了装置使用时的稳定性。装置底部的四个万向轮来减小塑料外壳与墙面的摩擦。
21.与传统装置相比，本装置的优点有：
22.1、本发明原理简单易懂，与其他探测装置的原理相比，介电常数法计算简单，容易理解，而且由于水的介电常数跟其他建材差别较大，所以本装置采用介电常数法可以有效
清晰地探测出墙体管道的具体位置，极大的提高了工作效率。数据解算电路功能齐全有效。本发明的数据解算电路思路新颖，在保证电路正常运行的同时，采用led指示灯和蜂鸣器或振动模式来形象化数据，进行水管的中心定位，与传统的装置相比，解算结果通俗易懂，极大的降低了装置的使用要求，扩大了装置的适用人群范围，同时提高了工作效率。
23.2、外观构造简单新颖。装置采用卡扣结构和手指槽相结合的方式进行装置行进方向的控制，保证了装置移动时的稳定，同时分担手部压力，有利于进行长时间的操作；装置底部装有四个万向轮，在满足装置可任意移动需求的同时，将装置外壳与墙面分隔开，减小了装置外壳与墙面的摩擦，延长了装置的使用寿命。
24.3、此装置尺寸较小、结构简单、成本低廉、制作工艺简单、使用携带方便；可以有效的解决墙体水管探测成本高，探测过程难的问题，极大的提高了施工效率。为墙体探测工作提供一种新的方法和思路。
附图说明
25.图1为本发明的外观示意图；
26.图2为本发明的底部示意图；
27.图3-1和图3-2分别为本发明开式电容器示意图一和示意图二；
28.图4为本发明的电路设计图；
29.图5为本发明的水管探测流程图。
具体实施方式
30.下面结合参考附图进一步描述本技术方案，但该描述仅用于解释本发明，并不能认为是对本发明的限制。
31.请见图1-图4，一种基于介电常数法的便携式墙体水管分布探测装置，包括开式电容器、数据解算电路和外壳：
32.所述的开式电容器(10)包括第一极板(82)、第二极板(80)和第三极板(81)，其中第二极板和第三极板通过导线连接。所述第一极板为电容器的一极，第二极板和第三极板相连构成电容器的另一极。如图4所示，所述数据解算电路包括依次连接的稳压电源部分、电容传感器部分、放大电路部分、以及中心确定和声光报警部分。稳压电源部分包括可充电电源(1)、稳压电源7805(5)、第一电容器(6)、第二电容器(7)、第一保护电阻(11)、第二保护电阻(12)和led灯(48)，电容传感器部分由第三电容器(9)和电容传感器cva424(8)组成，放大电路部分由lm158芯片(15)、lm358放大电路(17)和反馈电阻(18)组成，中心确定和声光报警部分包括四个74ls04芯片(21)(26)(27)(28)和四个74ls08芯片(22)(23)(24)(25)、第三保护电阻(34)(35)(36)(37)(38)、稳压二极管(39)(40)(41)(42)(43)、三极管、led指示灯(44)(45)(46)(47)、偏心电机(2)和蜂鸣器(3)，其中，还设有第四保护电阻(29)(30)(31)(32)(33)与稳压二极管搭配使用，所述第三保护电阻(34)(35)(36)(37)(38)让不同的支路电压信号不同，从而不同的灯亮对应的电压范围不同。
33.图1-2中，所述的外壳由abs材料制成，包括底部的四个万向轮(51)(52)(53)(54)、指示灯组(57)、蜂鸣器组件(58)和两侧的手指槽(55)(56)、把手和外壳上的卡扣槽(61)，把手由卡扣(62)和手指环(63)组成。
34.所述的开式电容器(10)通过螺丝固定在装置内部并通过导线与电容传感器cva424连接，电容传感器cva424可将电容信号转化为电压信号输出，便于进行数据的解算。
35.所述的数据解算电路中，其电路板(84)通过定位螺丝固定在外壳内部，与开式电容器错开。稳压电源部分、电容传感器部分、放大电路部分、中心确定和声光报警部分互相配合完成数据的计算及结果的显示。图5所示为本发明的水管探测流程图。当电源充满电后稳压电源部分的led灯(48)亮起,电源电压通过是否加稳压电源7805(5)的方式，提供两个不同电压值的电源分别给用电器(可切换模式为通过蜂鸣器(3)实现的蜂鸣器模式或偏心电机(2)实现的振动模式)和电容传感器cva424(8)提供电压信号。电容传感器cva424(8)把电容信号转化为电压信号输出后，在放大电路中开关下扳接入lm358放大电路(17)时，通过设定调节振荡器参考电容使放大后输出信号变化较小，测量出静态电容值。开关上扳时短路lm358放大电路(17)，通过测量开式电容器电容信号的变化，得到不同的电压输出信号。同时，通过lm158芯片(15)设计出减法电路，测量输出信号和参考电压的差值使得计算数据更加准确。随着电压信号进入中心确定电路和声光报警电路，利用74ls04芯片(21)(26)(27)(28)和74ls08芯片(22)(23)(24)(25)的真值表设计电路使得不同的电压范围内对应不同的led指示灯发光。并用稳压二极管(39)(40)(41)(42)(43)保证数字电路的正常工作。将放大电路输出电压和电源电压利用三极管连接起来，适用于数电和模电不同工作电流不同的特点。根据指示灯组(57)中led灯亮起的数量和偏心电机(2)或蜂鸣器(3)的反应程度来最终确定水管的具体位置。
36.所述的装置构造中，通过卡扣(62)和卡扣槽(61)将把手和装置固定在一起，通过把手上的手指环(63)和装置两侧的手指槽(55)(56)来实现控制装置进行移动，提高了装置使用时的稳定性。装置底部的四个万向轮(51)(52)(53)(54)来减小塑料外壳与墙面的摩擦。
37.使用时将装置带有万向轮的一面垂直于墙面放置，先测出静态电容值，记录下指示灯组(57)中led指示灯亮起的个数，然后测量开式电容器电容信号的变化，随着装置在墙面上移动，led指示灯亮起的个数和蜂鸣器的响度也随之变化，当装置移动到某一点时，指示灯组(57)中的led指示灯全部亮起，蜂鸣器或偏心电机反应最强烈，则证明此处存在水管。
38.以上所述实施例仅是为充分说明发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。