全文摘要
本实用新型涉及一种声波式地下管道探测仪，该探测仪包括ARM微处理器和与其相连接的扩展接口模块、通信模块、数据存储模块和信号处理模块，所述信号处理模块经加速度传感器接收施加在管道上的震动信号，所述加速度传感器经恒流源模块与升压模块相连接。与现有技术相比，本实用新型具有体积小、探测精度高等优点。
主设计要求
1.一种声波式地下管道探测仪，其特征在于，该探测仪包括ARM微处理器和与其相连接的扩展接口模块、通信模块、数据存储模块和信号处理模块，所述信号处理模块经加速度传感器接收施加在管道上的震动信号，所述加速度传感器经恒流源模块与升压模块相连接。
设计方案
1.一种声波式地下管道探测仪，其特征在于，该探测仪包括ARM微处理器和与其相连接的扩展接口模块、通信模块、数据存储模块和信号处理模块，所述信号处理模块经加速度传感器接收施加在管道上的震动信号，所述加速度传感器经恒流源模块与升压模块相连接。
2.根据权利要求1所述的一种声波式地下管道探测仪，其特征在于，所述的升压模块的升压等级为24V，所述的升压模块采用的芯片型号为TPS61040。
3.根据权利要求1所述的一种声波式地下管道探测仪，其特征在于，所述的恒流源模块的恒流等级为3mA，所述的恒流源模块采用的芯片型号为LM334。
4.根据权利要求1所述的一种声波式地下管道探测仪，其特征在于，所述的数据存储模块采用的芯片型号为W25Q128。
5.根据权利要求1所述的一种声波式地下管道探测仪，其特征在于，所述的通信模块采用的芯片型号为FT232。
6.根据权利要求1所述的一种声波式地下管道探测仪，其特征在于，所述的扩展接口模块包括多种端子连接器，所述端子连接器采用的型号包括XH-2、XH-4和NBC。
7.根据权利要求1所述的一种声波式地下管道探测仪，其特征在于，所述的信号处理模块由相互连接的A\/D采样电路模块、信号放大电路模块、滤波电路模块和稳压转化电路模块共同组成。
8.根据权利要求7所述的一种声波式地下管道探测仪，其特征在于，所述的A\/D采样电路模块采用的芯片型号为ADS8365，所述信号放大电路模块由型号分别为AD623和LM358的芯片串联组成，所述滤波电路模块采用的芯片型号为LM358。
9.根据权利要求7所述的一种声波式地下管道探测仪，其特征在于，所述稳压转化电路模块由相互连接的线性稳压电路模块、电压转换电路模块和开关稳压电路模块共同组成。
10.根据权利要求9所述的一种声波式地下管道探测仪，其特征在于，所述线性稳压电路模块采用的芯片型号为AMS1117，所述电压转换电路模块采用的芯片型号为MAX660，所述开关稳压电路模块采用的芯片型号为MP1471。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及地下探测技术领域，尤其是涉及一种声波式地下管道探测仪。
背景技术
地下管道是城市建设中必不可少的基础设施，是城市的基石，是城市稳定、高效、高质量运转的基本保证。由于种种原因，我国地下管道资料既存在缺失问题，又存在现有资料数据不可靠问题，经常发生地下管道挖断事故，既危及施工人员生命安全，又给居民日常生活和社会稳定造成严重的不良影响。因此研发高精度、高性能的地下管道探测仪器，为城市管道建设提供便携式探测设备，获取准确的地下管道空间位置，促进智慧城市建设具有重要研究意义，基于声波传播原理的管线探测仪器是管道探测设备重要的种类之一。
目前，市场上地下管道探测设备种类繁多，基于电磁感应法、地质雷达法、瞬态瑞雷面波法、地震映射法、高密度电法、惯性导航探测法等国内外探测仪器越来越多。但是由于材料学的快速发展，地下管道种类也越来越多，并且管道敷设深度不一，极大的增加地下管道探测难度，目前并不存在适合探测所有地下管道的设备，因此对于不同材质、不同敷设位置的管道采用不同探测方法探测。
实用新型内容
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声波式地下管道探测仪。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种声波式地下管道探测仪，该探测仪包括ARM微处理器和与其相连接的扩展接口模块、通信模块、数据存储模块和信号处理模块，所述信号处理模块经加速度传感器接收施加在管道上的震动信号，所述加速度传感器经恒流源模块与升压模块相连接。
进一步地，所述的升压模块的升压等级为24V，所述的升压模块采用的芯片型号为TPS61040。
进一步地，所述的恒流源模块的恒流等级为3mA，所述的恒流源模块采用的芯片型号为LM334。
进一步地，所述的数据存储模块采用的芯片型号为W25Q128。
进一步地，所述的通信模块采用的芯片型号为FT232。
进一步地，所述的扩展接口模块包括多种端子连接器，所述端子连接器采用的型号包括XH-2、XH-4和NBC。
进一步地，所述的信号处理模块由相互连接的A\/D采样电路模块、信号放大电路模块、滤波电路模块和稳压转化电路模块共同组成。
进一步地，所述的A\/D采样电路模块采用的芯片型号为ADS8365，所述信号放大电路模块由型号分别为AD623和LM358的芯片串联组成，所述滤波电路模块采用的芯片型号为LM358。
进一步地，所述稳压转化电路模块由相互连接的线性稳压电路模块、电压转换电路模块和开关稳压电路模块共同组成。
进一步地，所述线性稳压电路模块采用的芯片型号为AMS1117，所述电压转换电路模块采用的芯片型号为MAX660，所述开关稳压电路模块采用的芯片型号为MP1471。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
(1)本实用新型采用DC-DC开关电源与LDO线性稳压电源分别对数字电路和模拟电路供电，减小电源纹波对采集信号的干扰，信号动态范围可达102dB。具有体积小、转换效率高、成本低和结构简单的特点，降低系统功耗，提高系统性能。
(2)本实用新型采用电源检测设计，实时监控电源状态，防止电源工作在欠压状态时数字检波系统因各模块因电源供电不足，造成采集信号出现误差，从而影响地下管道探测精度；同时也对电源进行保护，避免损坏电源，减低电源正常工作寿命。
(3)本实用新型系统采用高性能STM32RCT6作为控制器，采用库函数调用编程，简化编程难度提高编程效率，提高工作稳定性；72M工作主频为数据采样、处理和传输提供高速时钟基础，提高系统工作效率。
(4)本实用新型数据传输时，采用自定义传输协议，保证数据传输稳定性，防止上位机接收丢失或乱码的数据；在满足系统工作要求，简化指令集，避免多余字节传输，提高数据上传速度。
附图说明
为了进一步阐明本实用新型的各实施例的以上和其他优点和特征，将参考附图来呈现本实用新型的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本实用新型的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。并且，附图中示出的各个部分的相对位置和大小是示例性的，而不应当被理解成各个部分之间唯一确定的位置或尺寸关系。
图1为本实用新型探测仪系统原理框图；
图2为本实用新型探测仪系统整体电路设计框图；
图3为本实用新型探测仪系统整体电源设计框图；
图4为本实用新型探测仪配套上位机程序设计框图；
图5为本实用新型探测仪配套下位机主程序流程图；
图6为本实用新型中ARM微处理器部分的电路图；
图7为本实用新型中A\/D采样电路模块部分的电路图；
图8为本实用新型中通信模块部分的电路图；
图9为本实用新型中数据存储模块部分的电路图；
图10为本实用新型中信号放大电路模块第一部分的电路图；
图11为本实用新型中信号放大电路模块第二部分的电路图；
图12为本实用新型中滤波电路模块部分的电路图；
图13为本实用新型中开关稳压电路模块部分的电路图；
图14为本实用新型中恒流源模块部分的电路图；
图15为本实用新型中线性稳压电路模块部分的电路图；
图16为本实用新型中电压转换电路模块部分的电路图；
图17为本实用新型中升压模块部分的电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。
实施例
如图1所示的本实用新型探测仪系统原理框图，本实用新型的设计的针对震动波的数字检波系统采用STM32作为核心控制器，压电式加速度传感器的输出信号经高、低通滤波、前置放大和信号调理后，由多路开关进入高分辨率模数转换电路，其输出的采集结果由低功耗嵌入式微处理器接收，然后通过串口发送给上位机。微处理器同时具备一定的自检功能:其波形存储器中预存的测试波形经数模转换形成测试信号，可用于对多路开关之后的信号通路进行各种测试与检验，其框图如图1 所示。具体包括：电源电压转换电路、恒流电源电路、高低通滤波电路、信号调理电路、24-bit∑-ΔADC采样电路设计、USART通信接口电路、STM32单片机最小系统核心电路、数据存储电路等。
如图2所示为本实用新型探测仪系统整体电路设计框图，稳定可靠的硬件设计能为整个管道探测系统的安全可靠运行提供保障。本实用新型设计的声波式管线探测系统的硬件电路主要包括：稳压电源电路、恒流电源电路、高低通滤波电路、信号放大电路、信号调理电路、AD采样电路、数据存储电路、单片机最小系统、串口通信电路。系统整体电路设计框图如图2所示。
本系统通过6节镍铬电池组成7.2V电源。A\/D转换芯片的数字电路所需要的 5V电源由镍铬电源经过降压开关稳压得到，处理器运行而所需要的3.3V电源由经过降压的5V电源再次降压开关稳压得到。模拟电路对电源噪声要求苛刻，因此选用线性稳压获得+5V电源，采用低功耗负压芯片获得-5V电源，最后采用升压设计得到IEPE激励电压，多路电源设计如图3所示。5V为开关稳压电源给数字电路供电，+5V为线性稳压电源给模拟电路供电。
根据管道探测系统设计要求，在windows系统下基于虚拟仪器的软件开发平台(Labview)，采用G语言开发管道探测系统显示界面，上位机界面的整体功能方案如图4所示。管道探测系统显示界面通过串行通信的方式与下位机控制系统进行通信，实现了系统的参数设定、测量数据存储管理等。
图5下位机主程序流程图，控制板上电后，控制系统开始程序初始化，主要有系统时钟配置程序、串口配置、定时器配置、中断优先级配置、延时函数配置等；然后是通过UART读取上位机参数设定值，默认参数为上次设定参数值；随后对电源电压进行检测，若电压欠压则发送欠压报警信号给上位机；若电压正常，对传感器连接状态进行检测，若传感器链接异常则发送传感器异常状态信号给上位机；若传感器连接正常进入主循环，通过连续不断检测系统上位机是否发送采样指令，当串口发送采样指令时，开始进行声波信号连续采样程序，同时STM32微处理器通过IO口读取AD1254采集到的数据，然后将采集到的数据初步计算通过串口发送给上位机，并上传到上位机数据库进行保存。
如图6至图17所示为本实用新型硬件设计中的各部分的详细电路图，从图中综合可得：
一种声波式地下管道探测仪，该探测仪包括ARM微处理器和与其相连接的扩展接口模块、通信模块、数据存储模块和信号处理模块，信号处理模块经加速度传感器(本实施例中为IEPE压电式加速度传感器)接收施加在管道上的震动信号，加速度传感器经恒流源模块与升压模块相连接，信号处理模块由相互连接的A\/D 采样电路模块、信号放大电路模块、滤波电路模块和稳压转化电路模块共同组成，稳压转化电路模块由相互连接的线性稳压电路模块、电压转换电路模块和开关稳压电路模块共同组成。
本实施例中，升压模块的升压等级为24V，其对应采用的芯片型号为TPS61040，恒流源模块的恒流等级为3mA，其对应采用的芯片型号为LM334，数据存储模块采用的芯片型号为W25Q128，通信模块采用的芯片型号为FT232，扩展接口模块包括多种端子连接器，其对应采用的型号包括XH-2、XH-4和NBC，A\/D采样电路模块采用的芯片型号为ADS8365，信号放大电路模块由型号分别为AD623和 LM358的芯片串联组成，滤波电路模块采用的芯片型号为LM358，线性稳压电路模块采用的芯片型号为AMS1117，电压转换电路模块采用的芯片型号为MAX660，开关稳压电路模块采用的芯片型号为MP1471。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201921082796.4
申请日:2019-07-11
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:31(上海)
授权编号:CN209784808U
授权时间:20191213
主分类号:G05B19/042
专利分类号:G05B19/042
范畴分类:40E;
申请人:上海工程技术大学
第一申请人:上海工程技术大学
申请人地址:201620 上海市松江区龙腾路333号
发明人:梁明远;陈强
第一发明人:梁明远
当前权利人:上海工程技术大学
代理人:赵继明
代理机构:31225
代理机构编号:上海科盛知识产权代理有限公司 31225
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计