具有频谱分析的相关检测水漏仪的开发

　　0 引言

　　双探头具有频谱分析的相关检测水漏仪的开发设计,是多种学科技术的应用。本仪器工作原理方框图如下。

　　1 双探头换能器(双传感器)

　　换能器的作用是将地下自来水管道漏水的微弱声音转换成电信号。双探头换能器其中一个换能器放置在地面上接受噪声信号,另一个换能器放置在垂直地面下管道的地面上接受漏水信号和噪声信号。两个换能器仿真在地面上相距0.5m左右,对于较远的环境干扰源,通过地面或空气传到两个换能器的振动强度,可看成基本相等,而埋在传感器地下1~2m深的自来水管破裂处的漏水声对两个传感器来说有较大差别,将两个传感器接受到的电信号通过电缆送入硬件电路中进行处理,清除环境干扰噪声信号,从中提出漏水声信号。

　　换能器应有足够宽的频带以接受漏水声的信号;为了增强抗干扰噪声的能力,还要求换能器具有较好的方向性,即消除与减弱横向换能器的干扰;由于漏水声很弱,所以要求换能器还应具有较高的开路灵敏度,两个探头纵向灵敏度1.8V/g,横向灵敏度0.6V/g,纵横灵敏度差3倍,由于自来水管道漏水声的频带参考国外文献资料在100~1000Hz之间,换能器的频带选择在100~2000Hz之间,为接受响应平坦区,换能器主要起接受作用,选用铝钛酸铅压电陶瓷片,换能器的开路灵敏度在50~350LV/LB.换能器设计成具有一定抗噪声干扰的振动结构。

　　为了提高抗噪声干扰的能力,将换能器转换成的电压信号,再经过放大1000倍后经屏蔽传输电路送到数据采集电路。

　　2 数据采集系统

　　1)框图及电路原理图

　　2)工作原理

　　从传感器接收的信号,再一次放大,使用集成电路芯片ICL7650放大器,放大倍数可调在1~11之间,然后经过抗混迭滤波器,低通边界频率fc=3.5kHz,使用MAX 291-2948阶电容开关型有源低通模拟滤波器,阻带衰减-30dB.滤波后的信号送到多路选通电路,进行选择后送到ADC转换器,使它变成数字信号,该信号经计划机接口电路进入到计算机数据分析处理系统,由处理结果确定漏水位置。

　　右通道与左通道是对称的,由传感器收到的信号经过右路放大器,抗混迭低通滤波器后与左通道信号一起送到多路选通电路。多路选通电路实际使用双四选芯片CD4052,只用两路即可。

　　A/D转换器字常选用8位计算精度足够,MAX166为高速5μs信号采集芯片,信号带宽50kHz,信噪比SNR为48dB,模拟信号经过A/D转换器变成数字信号,送入计算机接口电路中,使计算机可以对这些数据进行分析处理。

　　通过计算机的打印口对A/D转换器进行控制,采样的程序框图如下。