一种用于城市地下管网检漏的声音阵列采集装置

1.本实用新型涉及城市地下管网检漏技术领域，尤其是涉及一种用于城市地下管网检漏的声音阵列采集装置。


背景技术：

2.城市地下管网系统错综复杂，事故频发，而由于管网埋设于地下的隐蔽性特点，给管网破损检测定位及维护带来了巨大的挑战，目前，我国对地下管网破损发生后的检测与定位主要是检漏人员通过检漏设备进行离散点式的听音与判断，主要装置包括耳机和地面拾音器，由执行检测的检查员沿着管道进行步行检查，用地面拾音器在地面听测地下管道的漏水点，因为不同介质声音的产生和衰减不同，拾音器放置间距与管道材质和介质有关，金属管道间距为1～2m，而非金属管道为0.5～ 1m，水泥路面间距为1～2m，土路面为0.5m，一般可在距离5m以内听到明显的泄漏声，有经验的检漏人员可根据声音判断管道破损的状态。
3.但是，现有的检测技术效率低，精度差，已经不能满足大型城市对于管网漏损普查的需要，而目前针对区域的快速检测技术的研究较少，存在管网检测难、定位不准确、检测效率低等系列问题


技术实现要素：

4.本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于城市地下管网检漏的声音阵列采集装置。
5.本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种用于城市地下管网检漏的声音阵列采集装置，该装置包括手持式控制终端以及多个布设在待检测管网区域的声音采集器，每个声音采集器均包括保护外壳以及设置在保护外壳内的充电电池、数据处理模块以及分别与数据处理模块连接的声音传感器、数据存储模块、无线传输模块，每个声音采集器通过无线传输模块与手持式控制终端进行无线数据通信，所述的声音传感器采用高灵敏压电拾音器。
7.该装置还包括用以便携式放置手持式控制终端和多个声音采集器的仪器箱。
8.所述的仪器箱为金属仪器箱，由通过金属扣相互扣接的箱盖和箱体构成，所述的箱体外侧壁设有提手，并在箱体底部设置带有电源插口的无线充电基座，用以为声音采集器的充电电池进行无线充电。
9.所述的保护外壳呈正多面体或圆柱体，并且在其表面涂覆有反光涂层，用以在光源照射下发生反射引起注意。
10.所述的保护外壳呈正十二面体。
11.所述的保护外壳的底部带有磁性，用以吸附在待测金属管道壁表面。
12.所述的声音采集器的保护外壳内还设有与数据处理模块连接的蜂鸣器，用以在接收到手持式控制终端发出的信号后，发出声音便于寻回。
13.所述的声音采集器的保护外壳内还设有与数据处理模块连接的定位模块，用以获取声音采集器的布设位置信息。
14.所述的声音采集器与手持式控制终端进行无线数据通信的数据包括由声音传感器采集到的声音信号数据、数据处理结果、工作状态信息和位置信息，所述的位置信息具体为多个声音采集器的地理空间位置信息以及与手持式控制终端的距离信息，用以绘制声音采集器的位置分布图。
15.应用该声音阵列采集装置进行城市地下管网区域检漏的步骤如下：
16.1)将多个声音采集器随机或定点抛洒到待采集区域a的地面上；
17.2)手持手持式控制终端向各声音采集器发出指令，指令通过无线传输模块到达声音采集器，声音采集器接收到指令后，在指令指定的工作参数下开始采集声音信号；
18.3)通过数据处理模块将采集的声音信号进行数据处理，所述的声音信号包括声压、声压级、声强、声强级、声功率、声功率级、信噪比和频谱特征数据；
19.4)通过定位模块获取声音采集器的位置信息；
20.5)声音采集器在声音信号采集完成后，将自身采集到的声音信号、声音信号处理结果、工作状态信息和位置信息一同发送给手持式控制终端；
21.6)手持式控制终端接收到各个声音采集器传回的数据并保存；
22.7)回收声音采集器并放置到仪器箱内，移动到下一个相邻的待采集区域b，重复步骤1)
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7)完成信号采集；
23.8)采集完成后，手持式控制终端进行数据本地处理或远程处理，远程处理通过将手持式控制终端采用无线传输网络将所有待采集区域的数据传给上位计算机或服务器，上位计算机或服务器进行数据处理；
24.9)数据处理过程中，首先将声音采集器数据进行独立处理，其次进行多个声音采集器数据的相关处理，获得每个待采集区域的声场分布图，而后将所有待采集区域的声场分布图合并，完成城市地下管网区域的声场分布检测；
25.10)通过获取的声音特征信息进行地下管网不同类型和状态泄漏特征判断，通过声场分布进行地下管网泄漏位置的定位。
26.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
27.一、本实用新型通过布设网络状的声音采集器，随机大范围的检测地下管网的破损区域，为城市管网运行维护提供更为经济快速的检测技术，解决了管网检测难、定位不准确、检测效率低等系列问题。
28.二、声音采集器体内设有蜂鸣器，用以在接收到手持式控制终端的信号后，发出声音引起注意，有效防止丢失。
29.三、保护外壳外表面有一层反光涂层，当光源照射时，能够引起注意，在夜晚工作时，能够提醒过路车辆人员以备安全，并且其带有磁性，方便吸附在金属表面，如金属管道管壁上。
30.四、本实用新型利用了uwb通讯技术，适用于近距离高速传输，能够实现将声音数据发送给手持式控制终端，且功耗非常低，只需小容量电池即可实现长久工作，在电池寿命和电磁辐射上相对于传统无线设备具有很大的优越性，并且由于脉冲发生的电路结构简单，比较容易在芯片中集成，有效降低声音采集器所需的电池容量进而减少声音采集器重
量与体积大小。
附图说明
31.图1为本实用新型的原理结构示意图。
32.图2为本实用新型的声音采集器结构示意图。
33.图3为本实用新型的仪器箱示意图。
34.图4为本实用新型的手持式控制终端示意图。
35.图5为本实用新型的工作状态示意图。
36.图中标记说明：
37.101
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手持式控制终端，102
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声音采集器，201
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声音传感器，202
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数据存储模块， 203
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数据处理模块，204
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无线传输模块，205
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定位模块，206
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充电电池，207
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蜂鸣器，208
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保护外壳，301
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金属扣，302
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无线充电基座，303
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电源插口，304
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提手， 401
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天线，402
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电源插口，403
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显示屏，404
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按钮，501
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采集区域a，502
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采集区域 b。
具体实施方式
38.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
39.为使本实用新型的目的、技术特征和实施效果更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本实用新型的技术方案进行详细描述。
40.如图1
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4所示，本实用新型提供一种用于城市地下管网检漏的声音阵列采集装置，该装置包括多个声音采集器102和手持式控制终端101。
41.声音采集器102包括一个正多面体(本例中为正十二面体)或圆柱体的保护外壳208以及设置在保护外壳208内的声音传感器201、数据存储模块202(本例中采用常见的数据存储器，例如硬盘、闪存等)、数据处理模块203(本例中采用常见的数据处理芯片，例如嵌入式arm9处理器等)、无线传输模块204(本例中采用常见的无线收发模块，例如蓝牙、wifi、4g/5g、lora、nb
‑
iot、uwb通信模块)、定位模块205(本例中采用gps、北斗定位模块)、充电电池206、蜂鸣器207，保护外壳208用以抵抗抛洒落地的冲击力，并在其外表面设有一层反光涂层，当光源照射时，能够引起注意，在夜晚工作时，能够提醒过路车辆人员以备安全。
42.声音采集器102内集成了以下功能：
43.声音采集器102内置有声音传感器201(本例中采用麦克风)，其为高灵敏压电传感器，可以将微小声音信号采集并保存在数据存储模块202中。
44.数据处理模块202将采集的声音信号进行数据处理，声音信号包括声压、声压级、声强、声强级、声功率、声功率级、信噪比和频谱特征等数据。
45.无线传输模块204可以实现声音采集器102与手持式控制终端101之间的数据通信传输，采用的无线传输模块204要求能够适用于近距离高速传输，可以将声音数据发送给手持式控制终端101，且功耗非常低，只需小容量电池即可实现长久工作，电池寿命长和电磁辐射低，具有很大的优越性。
46.定位模块205用以获取道每个声音采集器102的空间位置及与手持式控制终端101之间的距离。
47.声音采集器102采用的电池为充电电池206，当放置在仪器箱内时，可以通过设备
箱底的无线充电基座302为充电电池206充电。
48.声音采集器102内置有蜂鸣器207，在接收到手持式控制终端101的信号后，可以发出声音引起注意，以防丢失位置。
49.手持式控制终端101内设置无线通讯功能、gps定位功能、锂电池、显示屏 403和按钮404，通过无线通讯功能可以对声音采集器102进行配置，并且接收声音采集器102传输的声音数据，对每个声音采集器102的位置进行定位，并可以实现将声音数据发送至上位计算机或服务器，gps或北斗定位功能可以获得当前手持式控制终端101位置。
50.如图5所示，在本实施例中，应用本装置的声音阵列采集步骤如下：
51.1)将多个声音采集器102随机抛洒到待采集区域a的地面；
52.2)由一人手持手持式控制终端101，向各个声音采集器102发出指令，指令通过无线传输模块204到达声音采集器102，声音采集器102接收到指令后，在指令指定的工作参数下开始工作；
53.3)声音采集器102在声音信号采集完成后，将采集到的声音信号、处理结果和位置信息一同发送给手持式控制终端101；
54.4)手持式控制终端101接收到各个声音采集器102传回的数据并保存；
55.5)回收声音采集器102并放置到仪器箱，移动到下一个相邻的待采集区域b，重复以上步骤完成采集。
56.6)采集完成后，将手持式控制终端101通过无线传输系统将所有数据传给上位计算机或服务器，上位计算机处理提取信息，作出待采集区域a和待采集区域b 的声场分布图。
57.利用本装置，当已知了声音采集器102和手持式控制终端101的空间位置后，通过几何特征即可得到所有设备的分布散点图，通过手持式控制终端101的gps 系统可以得到当前区域位置，在计算机上汇出一张平面散点图，每个散点处都有声音信号，通过对声音特征参数的提取，即可获得当前区域内的声场分布，当本区域内检测结束后，将声音采集器102回收并到下个区域进行随机抛洒，又可以获得一张平面散点网络图，将其与前一片区域进行合并，即可得到更大范围内的声场分布。
58.声音的特征参数包括声压、声压级、声强、声强级、声功率、声功率级、信噪比和频谱特征等，用计算机绘出每种声音特征参数在区域内的散点分布值，利用三维差值方法对区间进行差值，即可绘出区域内声场分布云图，对声场分布不均匀点进行人工复查判断异常的原因。
59.声音的信号综合处理可由手持式控制终端101或相应计算机内置软件程序完成。