基于ARM处理器的地下输水管道渗漏检测仪

　　地下自来水管道的泄漏检测和维修是城市给水工程中的一个重要环节。在我国的城市给水系统中,每年因泄漏而造成的浪费相当惊人。据统计漏水率平均达到供水量的10%以上,有些地区超过20%。每年有数十亿吨的自来水白白流失,造成巨大水资源浪费和重大的经济损失。目前,在一些发达国家已经广泛地采用声学检测设备做例行的漏点检测工作,我国也曾先后引进若干台这类先进设备,除去价格因素,设备的操作、性能都有局限性。通常都是在多个点放置多台仪器,构成分布式系统,利用相关算法得出具体的漏水地点。很明显,使用这种检测方法的可移动性为零,应用的效果不好。要想检测的范围广,则必须安装多台设备,成本会增加很多。如果把这种大型仪器开发成类似掌上设备,随着检测人员的走动,检测点随之变化,必然会扩大此类产品的应用。近几年来,随着低功耗处理器ARM的出现,信号采集存储系统的功耗和体积不断减少,满足便携式的要求,使得掌上仪器的开发成为可能。

　　1　相关检测的基本原理

　　相关检测是利用相关原理对某些物理量进行检测。两个信号的互相关函数是一个有用的统计量,它可以用来了解两个已知(随机的或非随机的)信号之间的相似程度,或者两个已知(相似或相同)信号之间的时间关系。对两个信号进行时差调整,就可以求得相关函数的最大值,从而了解它们之间的相似程度。如果已知这两个信号是相似的,则这个时差就等于它们之间的时间延迟。相关检测的基本原理如图1所示。

　　设一条均匀直管道某处(O点)漏水,O点处的泄漏引起向漏点两侧管壁中传播的声信号s(t)和n(t),在漏点两侧旋转传感器A,B接触管道露出部位,在A, B两处观测点的声压信

　　求出LB(LA)就可以找到漏点的准确位置。

　　检测时,将A, B两个压电传感器分别置于自来水井部位露出的管道两端。把埋于几米深的地下自来水的微弱漏水声信号转换成电信号。通过电缆送到与传感器阻抗相匹配的放大器输入级,经前置放大,通过带通滤波器进行预处理,使管道漏水声音的频率200Hz~2 000Hz信号顺利通过,滤掉其他频率成分,以减少噪音的干扰。该信号经过电压放大,经数据采集板进行采样和量化,然后在计算机中进行处理,得出时间差(时延估计值)。

2　地下输水管道渗漏仪的系统构成

　　作为手持设备,体积和待机时间是首要考虑的因素。因此本系统选择了具有低功耗特性的嵌入式处理器ARM。在数据存储方面,电子盘的成本过高,如果数据量不是很大,只用Nor　型Flash就可以满足需求。无线数据传输也有多种方案可以选择,本系统选择了超小型无线数据传输模块PTR2000,其特点是体积小,携带方便;功耗低,接收状态250uA,待机状态仅为8uA;接口简单,只用RS2232即可完成数据传输。整个系统可分成数据采集模块、接口电路和通信模块三个部分。数据采集模块主要功能是进行数据采集工作。功能框图如图2所示