Belediye Drenaj Boru Hattı Muayenesinde Sonar Görüntüleme Sisteminin Tasarımı
Wang Yongtao 1, Zhu 1 Haziran, 2, Li Dongming 1, Hu Yabin 1
(1. Otomasyon Okulu, Çin Yerbilimleri Üniversitesi (Wuhan), Wuhan 430074, Hubei; 2. Telekomünikasyon Okulu, Hubei Radyo ve Televizyon Üniversitesi, Wuhan 430074, Hubei)
Sonar görüntüleme teknolojisi, belediye drenaj boru hattı hastalık tespitinde önemli bir tespit teknolojisidir. Darbe yankı yöntemine dayalı drenaj borusu için bir sonar görüntüleme sistemi geliştirdi, sonar sürekli rotasyon taramalı boru duvarı görüntüleme ilkesini tanıttı, sonar görüntüleyicinin genel tasarımını verdi ve ana kontrolör ve probun gerçekleştirilmesini detaylandırdı Yöntemler ve son olarak iç mekan simülasyon boru hattı ve mühendislik sahası drenaj boru hattının test deneyini gerçekleştirdi. Deneyler, geliştirilen sonar görüntüleme sisteminin drenaj borusunun ana hatlarını gerçek zamanlı olarak ölçebildiğini ve görüntüleyebildiğini, borunun kusurlarını doğru bir şekilde tespit edip ölçebildiğini ve düşük hata oranı, taşınabilirlik, düşük güç tüketimi, kararlılık ve iyi pazar uygulama beklentileri gibi mükemmel performansa sahip olduğunu göstermektedir.
Belediye drenaj boru hattı; sonar görüntüleme teknolojisi; odaklama dönüştürücü; boru duvarı tarama; hastalık tespiti
Çin Kütüphanesi Sınıflandırma Numarası: TH762
Belge tanımlama kodu: Bir
DOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.2017.01.029
Çince alıntı biçimi: Wang Yongtao, Zhu Jun, Li Dongming ve diğerleri.Yerel drenaj boru hattı incelemesinde Sonar görüntüleme sistemi tasarımı.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2017, 43 (1): 111-113, 117.
İngilizce alıntı biçimi: Wang Yongtao, Zhu Jun, Li Dongming, vd.Yerel drenaj boru hattının tespitinde sonar görüntüleme sisteminin tasarımı.Elektronik Tekniğin Uygulanması, 2017, 43 (1): 111-113, 117.
0 Önsöz
Kentsel yeraltı drenaj ağının inşası ve bakımı, "13. Beş Yıllık Plan" döneminde yeni kentleşmenin inşasında önemli bir proje ve "sünger şehirler" inşasının önemli bir parçasıdır. Drenaj ağ sistemi, kent sakinlerinin evsel kanalizasyon, endüstriyel atık su, yağmur suyu ve diğer sıvıların toplanmasından, taşınmasından ve arıtılmasından sorumlu olan şehrin "drenaj sistemidir". Drenaj borusu hasar görmüş, çatlamış, çökmüş ve tortu ile tıkanmış göründüğünde, kaçınılmaz olarak alandan geçen drenaj borusunun su ekosisteminde hasar, toprak kirliliği ve kentsel su basması gibi ciddi sonuçlara yol açacaktır.
Drenaj boru hattı tespit sistemi, boru hattının semptomlarını tespit edebilir ve ilgili departmanların hasarlı boru hattını zamanında tamir etmesini sağlayabilir. Şu anda, başlıca üç tür drenaj boru hattı denetim sistemi vardır: kapalı devre televizyon (CCTV) boru hattı denetim sistemleri, periskop denetim sistemleri ve sonar denetim sistemleri. CCTV algılama en eski algılama yöntemlerinden biridir.Avrupa ve Amerika Birleşik Devletleri'nde 30 yılı aşkın bir geçmişe sahiptir. Esas olarak video teknolojisini kullanır. Boru hattında hareket etmek ve boru hattının iç duvarının videosunu kaydetmek için algılama araçlarını kullanır. Video, boru hattını değerlendirmek için teknisyenler tarafından analiz edilir. Durum. CCTV teknolojisi olgunlaşmış olsa da, gerçek operasyon çok karmaşıktır. CCTV testinden önce boru hatlarının bloke edilmesi, çamurun emilmesi, temizlenmesi, pompalanması ve diğer ön arıtmalara ihtiyaç duyulur ve yağmurlu günler gibi inşa edilemeyen hava koşullarından büyük ölçüde etkilenir ve test maliyetleri yüksektir. Sonar görüntüleme teknolojisi, son yıllarda ortaya çıkan bir boru hattı inceleme teknolojisidir.İnşaattan önce drenaj borusunun ön işlemden geçirilmesini gerektirmez.Sonar cihazı boru hattından geçtikten sonra boru hattının durumunu gerçek zamanlı olarak görüntüleyebilir.Ayrıca yağmurlu günlerde normal olarak da inşa edilebilir. Basit algılama, düşük maliyet ve iyi etki avantajlarına sahiptir. Şu anda, Çin'de kullanılan tüm boru sonar test cihazları ithal ekipmanlardır.Bu belgede tasarlanan sistem, drenaj boruları için sonar görüntüleme test ekipmanlarının yerini gerçekleştirmektedir.
1 Drenaj boruları için sonar görüntüleme teknolojisinin ilkeleri
Drenaj boruları için sonar görüntüleme teknolojisinin çalışma prensibi darbeli yansıma dalgalarına dayanmaktadır. Enstrüman bir adımlı motor ve bir sonar odaklama transdüseri ile donatılmıştır.Adım motoru, transdüseri drenaj borusunda kendi etrafında 360 ° dönmesi için tahrik eder ve sürekli sonar sinyalleri yayar.Yansıtılan sinyallerin yayılma süresi ve genliği ölçülür ve kaydedilir Alt kısım, boru hattının enine kesit görünümü olarak gösterilir ve hastalıklı boru hattı, boru hattının enine kesit görünümünün bütünlüğü gözlemlenerek tespit edilir.
Dönüştürücü ile tüp duvarı arasındaki mesafe, yansıyan sinyalin yayılma süresinden hesaplanabilir. Aşağıdaki şekilde hesaplanmıştır:
Bunlar arasında: v, incelenen boru hattından bir su numunesi alınarak ve tespit edilmeden önce bilinen boyuttaki bir kaba konarak ölçülen sonarın kanalizasyondaki yayılma hızıdır; t, yansıyan sinyalin yayılma süresidir; d, dönüştürücü ve boru duvarıdır arasındaki mesafe.
Yansıyan dalga genliği, boru duvarının çeşitli özelliklerini yansıtabilir. Yansıyan dalga enerjisinin büyüklüğü, yansıma katsayısı R ile ifade edilebilir. Yansıma katsayısının ifadesi aşağıdaki gibidir:
Bunlar arasında: 1, v1, boru hattındaki kanalizasyonun yoğunluğu ve sonik hızıdır, 2, v2 sırasıyla drenaj borusu duvarının yoğunluğu ve sonik hızıdır, iki? Tohum v'nin ürününe boru hattının akustik özelliklerini yansıtan akustik empedans denir.
Drenaj boruları için 2 Sonar görüntüleme algılama sistemi
2.1 Genel sistem yapısı
Drenaj borusu sonar görüntüleme sistemi, ana kontrolör (özel edinim yazılımı ile), sonda (kendi yüzer cihazı ile su altı ünitesi olarak da bilinir) ve kablo makarasından oluşan karmaşık bir kontrol ve veri toplama sistemidir. Tüm sistem bileşimi ve simülasyon işlem şeması Şekil 1'de gösterilmektedir.
2.2 Ana kontrolörün tasarımı
Ana kontrolör sistemin kontrol çekirdeğidir, kontrol komutlarını bilgisayardan USB arayüzü üzerinden alır, protokol formatına göre "komut paketini" kodlar ve proba gönderir. Ana kontrolör, prob tarafından uzun mesafeli bir kablo aracılığıyla iletilen "veri paketini" alır.Veri paketi analog ve dijital sinyalleri içerir.Analog anahtar devresi tarafından değerlendirildikten sonra, dijital sinyal protokol formatına göre CPLD çipi XC95144XL'de çözülür ve analog sinyal içinden geçer Sinyal koşullandırmanın ardından, analogdan dijitale dönüştürme yongası AD7760 tarafından dönüştürülür ve veriler bellek IS61WV25616AL tarafından arabelleğe alınır ve ardından mikro denetleyiciye iletilir Veriler, yararlı verileri elde etmek için paraziti ve karmaşayı ortadan kaldırmak için özel bir algoritma tarafından analiz edilir ve son olarak görüntüleme için USB arabirimi aracılığıyla bilgisayara iletilir. Şekil 2, ana kontrolör veri toplama ve kontrol devresinin bir blok diyagramıdır.
Drenaj borularının sonar yankı sinyali tespiti, zayıf sinyal tespiti kategorisine girer ve boru çapı veya boru çeperindeki korozyon ve hasar derecesi farkı ile yankı sinyalinin genliği mikrovolt seviyesinden volt seviyesine kadar büyük ölçüde değişir. Veri toplama sistemi, özellikle analogdan dijitale dönüştürücünün örnekleme hızı, doğruluğu ve dinamik aralığı daha yüksek gereksinimlere sahiptir. Bu sistem 2.5 MHz veri çıkışı, 24 bit yüksek hassasiyetli, geniş dinamik aralıklı analogdan dijitale dönüştürücü AD7760 kullanır ve donanım devre şematik diyagramı Şekil 3'te gösterilmektedir.
2.3 Prob tasarımı
Prob, sonar sensörü, hava basıncı sensörü, sıcaklık sensörü, tutum sensörü vb. Dahil olmak üzere tüm sistemin sensör tertibatıdır. Prob, ana kontrolör tarafından gönderilen "komut paketini" aldıktan sonra, protokol formatına göre komutu deşifre edip yürütür ve ardından toplanan verileri (sonar sinyali, sıcaklık değeri, voltaj değeri, eğim değeri, dönüş açısı değeri vb. Dahil) oluşturur. Veri paketi "ana denetleyiciye gönderilir. Şekil 4, sonda veri toplama ve sinyal sürücü devresinin bir blok diyagramıdır.
Drenaj borusunun sonar görüntüleme sistemindeki sonar yankı sinyalinin kalitesi yalnızca dönüştürücünün doğal özellikleriyle ilgili değildir, aynı zamanda esas olarak uyarma devresine ve sonar dönüştürücünün alıcı devresine de bağlıdır. Şekil 5, bir sonar güç çeviricisinin yüksek güçlü yüksek voltaj uyarma devresinin şematik diyagramıdır Bu devre, transformatör sekonderinde 600 V'luk bir tepe değerine sahip bir yüksek voltaj darbesi üretir. Şekil 6, sonar dönüştürücü alıcı devresindeki voltaj kontrollü kazanç yükselticisi AD603'ün devre şematik diyagramıdır.Konektör J7, gösterge paneli üzerindeki 10 k potansiyometreye bağlanır.Potansiyometre ayarlanarak, sinyal kazancı 0 dB ile 40 dB arasında değişir. D5'ten D8'e 4 diyot IN4148, AD603'ün giriş genliğini -1,4 V ila +1,4 V ile sınırlandırır.
3 Deneysel sonuçlar ve analiz
Deney iki bölüme ayrılmıştır. Birincisi, iç mekanda deneyler yapmak için simüle edilmiş boru hattını kullanmaktır. Simüle edilen boru hattının çapı ve kusur noktasının konumu bilindiğinde, toplanan sonar yankı sinyalinin simüle edilmiş boru hattı kusurunun gerçek durumunu gerçekten yansıtıp yansıtmadığı doğrulanır. Sistem tasarımının mantıklı olduğunu doğrulayın; ikincisi, çeşitli performans göstergelerinin tasarım gereksinimlerini karşılayıp karşılamadığını doğrulamak için sahada gerçek drenaj borularında deneyler yapmak ve zorlu dış ortamlarda tüm algılama sisteminin kararlılığını doğrulamaktır. Şekil 7, drenaj borusunun sonar görüntüleme sisteminin fiziksel diyagramıdır.Solda ana kontrolör, sağda kablo, önde sonda ve yüzer cihaz, kablonun bir tarafı ana kontrolöre, diğer tarafı proba bağlanmıştır.
Simüle edilmiş boru, 238 mm ölçülen çapa sahip, iç duvarın etrafına betonla doldurulmuş dairesel bir plastik kovadan yapılmıştır. Probu plastik bir kovana yerleştirin ve sonar dalgası, plastik kovanın iç duvarını 0,9 ° adım açısı ile sürekli olarak tarar ve daire başına 400 kez tarar. Görüntü, sonar yankı sinyalinin yayılma süresi ve genliğine göre çizilir. Görüntü plastiği açıkça yansıtır. Namlu iç duvarının durumu, insan kusurlarını doğru bir şekilde bulabilir ve işaretleyebilir. Şekil 8, kovaya yerleştirilmiş 4 parmağı göstermektedir ve Şekil 9, kovaya yerleştirilmiş plastik bölmeyi göstermektedir. Tablo 1, plastik kovanın çapının ve çeşitli kusurların gerçek boyutunun ve test boyutunun karşılaştırma sonuçlarını göstermektedir. Sonuçlar, sistem hata oranının düşük olduğunu ve doğruluğun gerçek uygulamayı karşılayabileceğini göstermektedir.
Drenaj borularının sonar görüntüleme sistemi, sahadaki drenaj borularında birçok kez mühendislik inceleme deneyleri gerçekleştirmiştir. Şekil 10, Hunan Eyaleti, Changde Şehrindeki drenaj boru hattı silt etüdü projesinin bir sonar görüntüleme görüntüsüdür.Drenaj borusunun çapı 800 mm, silt kalınlığı 122 mm ve boru kesit alanının% 15'i bloke edilmiş olup tarama gereksinimlerini karşılamaktadır ve şekilden görülmektedir. Boru hattında büyük miktarda askıya alınmış madde var. Drenaj borusunun çapının test hatası Tablo 1'de gösterilmektedir.
4. Sonuç
Bu makale, belediye drenaj boru hatlarının incelenmesinde sonar görüntüleme teknolojisini incelemekte, boru hattı sonar görüntüleyicisinin sistem tasarım mimarisini tanıtmakta ve laboratuar simülasyon boru hatlarının ve saha içi belediye drenaj boru hatlarının testini gerçekleştirmektedir. Deneysel sonuçlar, bu belgede tasarlanan boru hattı sonar görüntüleyicisinin, "Kentsel Drenaj Boru Muayene ve Değerlendirmesi için Teknik Yönetmelikler (CJJ 181-2012)" de gerekli olan sonar test ekipmanı standartlarını karşıladığını, aynı yabancı cihazların seviyesine ulaştığını ve gerçek zamanlı olabileceğini göstermektedir. Taşınabilirlik, düşük güç tüketimi, net boru hattı kusurları ve iyi pazar uygulama beklentileri gibi mükemmel performansla çeşitli drenaj boru hatlarını tespit edin ve görüntüleyin.
Referanslar
Che Wu, Zhang Lu, Zhao Yang.Çin'in drenaj ve su basmasının önlenmesi ve sünger şehir inşasındaki çeşitli problemlerin analizi. İnşaat Teknolojisi, 2016 (1): 22-25.
Wang Dong. Su Kaynakları Bakanlığı yeraltı su kaynakları hakkında bilgi aldı: Bunların% 80'i kirlilik ve aşırı kullanım nedeniyle tüketilemiyor. Daily Economic News, 2016-04-11 (15).
Bir Guanfeng. "Kentsel Drenaj Boru Hattı İnceleme ve Değerlendirme Teknik Yönetmelikleri" CJJ181-2012 Uygulama Kılavuzu Pekin: Çin İnşaat Endüstrisi Basını, 2013.
Xiao Lizhi, Zhang Yuanzhong, Wu Wensheng, ve diğerleri .Görüntülemenin temelleri. Pekin: Petroleum Industry Press, 2010.
Pang Jufeng, Li Changxing, Shi Zhenfei, ve diğerleri Günlüğe kaydetme ilkeleri ve araçları Pekin: Science Press, 2008.
Feng Qining, Ju Xiaodong, Ke Shizhen, vb. Tomruklama Araçlarının Prensipleri Beijing: Petroleum Industry Press, 2010.
PACE N G. Tam dolu kanalizasyon borularının ultrasonik incelenmesi. Elektronik ve İletişim Mühendisliği Dergisi, 1994 (6): 87-92.
GHAZALI S N M, YAHYA NA M, SULAIMAN S.
GOMEZ F, ALTHOEFER K, SENEVIRATNE L D. Boru incelemesi için ultrason sensörünün modellenmesi Robotik ve Otomasyon, 2003. Bildiriler ICRA'03. IEEE Uluslararası Konferansı, 2003, 2 (2): 2555-2560.
Liu Zhihua, Guo Fucai, Peng Xinwei, vb. FPGA konfigürasyonu ve CY7C68013A'ya dayalı iletişim arayüzü tasarımı Elektronik Teknolojinin Uygulanması, 2013, 39 (2): 18-21.
Cai E, Li Dongming, Hu Yabin, et al.MEMS'e dayalı uzak köprü kablo kuvveti izleme sisteminin tasarımı.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2015, 41 (10): 68-70.
