一种污水管渠中固体垃圾的在线监测声纳装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于污水管道监测技术领域，具体来说是一种污水管渠中固体垃圾的在线监测声纳装置。
【背景技术】
[0002]当前随着各类极端天气对社会影响加剧，保证污水管渠排水通畅重要性。特别是城市污水中各类纸板、广告牌、板材、树木等固体垃圾严重影响了泵站排水效率，在泵站设置粉碎格栅对污水管渠中固体垃圾进行及时破碎对保障排水畅通有重要作用。但目前缺乏对污水管渠中固定垃圾进行在线监测的专用装置，泵站中往往依靠定时工作、人工控制等方式来启动粉碎格栅，效率低且无法适应突发状况下固体垃圾造成的污水排水阻塞。申请号为201320053443.8的中国专利公开了名为“一种城镇污水处理系统”的实用新型专利，申请号201410136363.8的中国专利公开了名为“一种多功能跟踪采样联动系统“的发明专利，这些专利文献虽然提供了一些城市污水处理及监控的技术方案，但并没有针对以上问题提出可行的技术方案。
[0003]研发一种在线监测声纳装置用于进行污水管渠中固体垃圾的在线监测，通过在线探测污水中较大尺寸的固体垃圾控制粉碎格栅启动粉碎作业，提高泵站粉碎格栅快速、高效处理各类污水阻塞问题的能力，成为客观必要。但考虑到污水管渠中污水混有大量的泥沙、杂质、污物等液体、固定颗粒，声阻抗不均匀，严重影响传统的光、电磁波、超声波信号在污水中的传播；同时，在不同排水状态下污水管渠的水位呈现较大的变化(枯水期水位极低，洪涝期溢满)，无法保持安装在管渠中的各类探测信号发射、接收探头始终处于污水液面以上或以下，由于空气与液体的传输特性差异，收发探头之间变化液面导致的反射将严重影响光、电磁波、超声波等探测信号的正常接收；另一方面，由于需要探测污水中固体垃圾的大概尺寸以评估是否启动粉碎设备，在狭窄、界面反射严重的污水管渠内形成尖锐指向性波束进行一定空间分辨率的声信号探测也是极其困难的。因此，无法直接利用传统的可见光、电磁波或超声波信号探测方法或装置进行污水管渠中固体垃圾的探测。
【发明内容】
[0004]为解决以上问题，本发明提供一种简单方便、可在线监测污水管渠中固体垃圾的在线监测声纳装置。
[0005]本发明的上述目的是通过下列技术方案来实现的:
一种污水管渠中固体垃圾的在线监测声纳装置，包括发射电路、发射换能器、接收换能器、声信号接收电路、模数转换模块和主控模块；所述发射电路产生发射信号并连接到发射换能器；发射换能器安装在污水管渠的底部，发射声信号；接收换能器安装在污水管渠的顶部，接收发射换能器所发出的声信号；接收电路连接接收换能器，将接收换能器所接收到的声信号经前置放大、增益控制、带通滤波和包络检波处理后传送至模数转换模块，模数转换模块将经接收电路处理后的信号转换为数字信号；主控模块通过数据线连接模数转换模块，将模数转换模块所产生的数字信号进行特征提取，获得污水中固体垃圾的有无及尺寸信息，输出结果。
[0006]所述发射换能器和接收换能器选用防水型T/R40-16换能器，其中心频率为40kHz，指向性角60度，防水封装。
[0007]所述接收电路由前置芯片NJM2100组成的前置放大电路、AD603芯片组成的增益控制电路和MAX274芯片组成的40kHz带通滤波电路、NE5532芯片组成的包络检波电路和S3C2440微处理器的接口电路组成。
[0008]所述主控模块包括ARM9 S3C2440微处理器，发射电路由主控模块ARM9 S3C2440微处理器控制4046振荡电路输出40kHz连续信号。
[0009]采用上述技术方案后，本发明的有益效果是:1、能够有效地实现对污水管渠中固定垃圾进行声纳在线监测；2、借助简单、方便的声信号连续波非均匀性探测利用宽指向性且具有对称性的特性实现对狭窄、封闭、水位变化的管渠中固体垃圾的存在及尺寸信息的提取，避免了传统可见光、电磁波、超声波探测方法在该使用环境下的种种缺陷；3、系统安装、使用、维护方便，成本低，便于与污水粉碎格栅组合构成污水中固体垃圾的自动监测、粉碎处理系统。
【附图说明】
[0010]图1是本发明的系统原理图；
图2是声信号发射电路及与主控模块连接电路图；
图3是声信号接收电路与主控模块连接电路图；
图4是污水管渠中固体垃圾经过检测系统与接收到的声信号连续信号包络波形示意图。
[0011]主要符号说明
1、发射电路
2、发射换能器
3、接收换能器
4、声信号接收电路
5、模数转换模块
6、主控模块
7、污水管渠。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0013]实施例:一种污水管渠中固体垃圾的在线监测声纳装置，如图1所示，包括发射电路1、发射换能器2、接收换能器3、声信号接收电路4、模数转换模块5和主控模块6。发射电路I产生发射信号并连接到发射换能器2。发射换能器2安装在污水管渠7的底部，发射声信号。接收换能器3安装在污水管渠7的顶部，接收发射换能器2所发出的声信号。接收电路4连接接收换能器3，将接收换能器3所接收到的声信号经前置放大、增益控制、带通滤波和包络检波处理后传送至模数转换模块5，模数转换模块5将经接收电路4处理后的信号转换为数字信号。主控模块6通过数据线连接模数转换模块5，将模数转换模块5所产生的数字信号进行特征提取，获得污水中固体垃圾的有无及尺寸信息，输出结果。发射换能器2和接收换能器3选用防水型T/R40-16换能器，其中心频率为40kHz，指向性角60度，防水封装。接收电路4由前置芯片NJM2100组成的前置放大电路、AD603芯片组成的增益控制电路和MAX274芯片组成的40kHz带通滤波电路、NE5532芯片组成的包络检波电路和S3C2440微处理器的接口电路组成(如图3所示)。主控模块6包括ARM9 S3C2440微处理器，发射电路由主控模块ARM9 S3C2440微处理器控制4046振荡电路输出40kHz连续信号。
[0014]安装在污水管渠7底部的发射换能器2发射中心频率40k Hz的连续正弦波声信号，以利用连续波信号的非均匀特性实现固体垃圾的尺寸信息监测。安装在管渠顶部的接收声信号传感器3接收声信号。由主控模块ARM9 S3C2440微处理器控制4046振荡电路输出40kHz连续信号。主控模块6启动声信号发射后，图2所示由4046芯片构成的压控振荡电路由S3C2440的GPBlO端口输出低电平使能4046芯片输出中心频率40k Hz的连续振荡信号，推动发射换能器TS发射40kHz连续信号。声信号接收电路4接收到的声信号经过前置放大电路放大、增益控制、带通滤波、包络检波后输入8通道模数转换芯片MAX118，S3C2440微处理器通过1 口 GPB2，3，4控制MAX118的输入通道端A6、A7，通过定时器输出脚T0UT0、T0UT1控制MAX118的读出/写入端口 WR、RD进行采样频率20ksps的模数转换，通过数据线DATAO至DATA7对接收信号包络进行8bit模数转换结果到主控模块S3C2440微处理器的传送。接收声信号的非均匀性检测过程以数字信号处理，采用作为主控模块的ARM9 S3C2440微处理器处理实现，模数转换后的声接收信号包络在S3C2440微处理器中进行非均匀性特征参数的提取，判断，报警输出。
[0015]对接收的连续正弦波信号包络进行非均匀性特征检测从而获取污水中固体垃圾信息的过程，下面结合图4进行具体描述:发射换能器2安装于污水管渠7底部发射40kHz连续正弦波信号(如图4 (c)所示)，接收换能器3安装于