一种天然气管道用超声波检测仪的制作方法

本实用新型涉及天然气管道检测技术领域，具体地说，特别涉及一种天然气管道用超声波检测仪。

背景技术：

目前高压燃气管道在我国天然气存储和输送中有着广泛的应用。随着长时间的运行磨损和自然老化等原因，泄漏故障时有发生，存在巨大安全隐患。现有的天然气管道用的检测仪操作复杂，检测精度差，稳定性差，严重影响检测仪的检测结果。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，公开了一种天然气管道用超声波检测仪，其操作方便且体积小，测量精度高，还可实现自动检测功能，可实时采集和监控，稳定性高，具有广阔的应用前景。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种天然气管道用超声波检测仪，包括超声波发射传感器、功率放大模块、超声波接收传感器、信号放大模块、带通滤波模块、a/d转换模块、存储器、主控芯片、电源模块、lcd显示模块和声光报警模块，所述超声波发射传感器与功率放大模块连接，所述功率放大模块与主控芯片连接，所述超声波接收传感器与信号放大模块连接，所述信号放大模块与带通滤波模块连接，所述带通滤波模块与a/d转换模块连接，所述a/d转换模块和电源模块均与主控芯片连接，所述存储器与主控芯片相连，所述lcd显示模块和声光报警模块均与主控芯片连接。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述功率放大模块由电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电容c1、电感l1、和三极管q1组成，所述电阻r1与主控芯片中的内部定时器引脚连接，所述电阻r1右端和电阻r3左端都与三极管q1的基极连接，所述电阻r3右端、电阻r4下端、电感l1下端和超声波发射传感器下端都与三极管q1的发射极连接，所述电阻r2下端和电容c1左端都与三极管q1的集电极连接，所述电容c1右端、电阻r4上端和电感l1上端都与超声波发射传感器上端连接。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述信号放大模块由电阻r5、电阻r6、电容c2、电容c3和运算放大器ad8253组成，所述电阻r5上端和电容c2左端都接地，所述电容c2右端与电源引脚 5v连接，所述电阻r5下端和超声波接收传感器上端都与左侧所述运算放大器ad8253的引脚in-连接，所述电阻r6下端和电容c3左端都接地，所述电容c3右端与电源引脚-5v连接，所述电阻r6上端和超声波接收传感器下端都与左侧所述运算放大器ad8253的引脚in 连接，左侧所述运算放大器ad8253的引脚out与右侧所述运算放大器ad8253的引脚in 连接。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述带通滤波模块由电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13和模拟有源滤波器max275组成，所述电阻r7左端、电阻r8左端和电阻r10左端都与模拟有源滤波器max275的引脚bpoa连接，所述电阻r7右端与模拟有源滤波器max275的引脚ina连接，所述电阻r8右端与模拟有源滤波器max275的引脚lpia连接，所述电阻r9左端与模拟有源滤波器max275的引脚bpia连接，所述电阻r10右端和电阻r11左端都与模拟有源滤波器max275的引脚inb连接，所述电阻r11右端和电阻r12右端都与模拟有源滤波器max275的引脚bpob连接，所述r12左端与模拟有源滤波器max275的引脚lpib连接，所述电阻r13左端与模拟有源滤波器max275的引脚bpib连接，所述电阻r13右端与模拟有源滤波器max275的引脚lpob连接。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述a/d转换模块采用模数转换器ad7606且模数转换器ad7606的引脚v1与带通滤波模块中的模拟有源滤波器max275的引脚bpob连接。

本实用新型中主控芯片产生固定的40khz的方波信号作为激励信号源经功率放大模块放大后送至超声波发射传感器发射超声波，若待测天然气管道存在泄漏，天然气管道外部的超声波接收传感器就能接收到泄漏出来的超声波信号，对接收到的超声波信号进行处理分析，来确定天然气管道破损的位置；当检测仪通电后首先执行复位操作，然后通过外部按键输入指令来控制主控芯片输出40khz的方波信号，再对输出的方波信号进行功率放大处理之后去激励超声波发射传感器发射超声波，当超声波接收传感器接收到超声波信号后，经过信号放大模块和带通滤波模块后输入至a/d转换模块中进行模数转换，经模数转换后的超声波信号被发送至主控芯片，主控芯片对模数转换后的超声波信号进行fft运算后，将其输出至lcd模块进行显示，通过分析频谱特性确认泄漏判断结果泄漏是否为真，若判断结果为真，声光报警模块则进行报警提醒，并把处理结果存储到存储器中。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：操作方便且体积小，测量精度高，还可实现自动检测功能，可实时采集和监控，稳定性高，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型功率放大模块的电路图；

图3为本实用新型信号放大模块的电路图；

图4为本实用新型带通滤波模块和a/d转换模块的电路图；

图5为本实用新型的工作流程图。

附图标记说明：

1：超声波发射传感器，2：功率放大模块，3：超声波接收传感器，4：信号放大模块，5：带通滤波模块，6：a/d转换模块，7：存储器，8：主控芯片，9：电源模块，10：lcd显示模块，11：声光报警模块；

r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10、r11、r12、r13：电阻，l1：电感，ad8253：运算放大器，max275：模拟有源滤波器，q1：三极管，c1、c2、c3：电容，ad7606：模数转换器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本实用新型具体实施方式：

需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1～5所示，其示出了本实用新型的具体实施方式，如图所示，本实用新型公开的一种天然气管道用超声波检测仪，包括超声波发射传感器1、功率放大模块2、超声波接收传感器3、信号放大模块4、带通滤波模块5、a/d转换模块6、存储器7、主控芯片8、电源模块9、lcd显示模块10和声光报警模块11，所述超声波发射传感器1与功率放大模块2连接，所述功率放大模块2与主控芯片8连接，所述超声波接收传感器3与信号放大模块4连接，所述信号放大模块4与带通滤波模块5连接，所述带通滤波模块5与a/d转换模块6连接，所述a/d转换模块6和电源模块9都与主控芯片8连接，所述存储器7与主控芯片8相连，所述lcd显示模块10和声光报警模块11都与主控芯片8连接。当高压气体泄漏时，由于内外部压力差的存在，使得泄漏的流体在通过泄漏点达到管道外部时形成涡流，这个涡流就产生了振荡变化的压力或声波，它可以传播、扩散、返回泄漏点，并在管道内建立声场，泄漏产生的声波具有很宽的频谱，通常分布再6～80khz之间，通过对泄漏气体发生的频谱进行分析，泄漏口形状的差异对泄漏声波的影响较大，漏孔较大时人耳可听见漏气声，当漏孔很小且声波频率大于20khz时，人耳就听不到了，泄漏的气体在空气中传播，被称为空载超声波，超声波是高频短波信号且具有指向性，如果将泄漏时产生的噪音作为信号源，由传感器拾取该信号，通过数据处理就可以确定泄漏的位置。

优选的，所述功率放大模块2由电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电容c1、电感l1、和三极管q1组成，所述电阻r1与主控芯片8中的内部定时器引脚连接，所述电阻r1右端和电阻r3左端都与三极管q1的基极连接，所述电阻r3右端、电阻r4下端、电感l1下端和超声波发射传感器1下端都与三极管q1的发射极连接，所述电阻r2下端和电容c1左端都与三极管q1的集电极连接，所述电容c1右端、电阻r4上端和电感l1上端都与超声波发射传感器1上端连接。

优选的，所述信号放大模块4由电阻r5、电阻r6、电容c2、电容c3和运算放大器ad8253组成，所述电阻r5上端和电容c2左端都接地，所述电容c2右端与电源引脚 5v连接，所述电阻r5下端和超声波接收传感器3上端都与左侧所述运算放大器ad8253的引脚in-连接，所述电阻r6下端和电容c3左端都接地，所述电容c3右端与电源引脚-5v连接，所述电阻r6上端和超声波接收传感器3下端都与左侧所述运算放大器ad8253的引脚in 连接，左侧所述运算放大器ad8253的引脚out与右侧所述运算放大器ad8253的引脚in 连接。泄漏的超声波信号十分微弱，超声波接收传感器3接收到的超声波信号更加微小，因此采用两级放大电路进行放大处理。

优选的，所述带通滤波模块5由电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13和模拟有源滤波器max275组成，所述电阻r7左端、电阻r8左端和电阻r10左端都与模拟有源滤波器max275的引脚bpoa连接，所述电阻r7右端与模拟有源滤波器max275的引脚ina连接，所述电阻r8右端与模拟有源滤波器max275的引脚lpia连接，所述电阻r9左端与模拟有源滤波器max275的引脚bpia连接，所述电阻r10右端和电阻r11左端都与模拟有源滤波器max275的引脚inb连接，所述电阻r11右端和电阻r12右端都与模拟有源滤波器max275的引脚bpob连接，所述r12左端与模拟有源滤波器max275的引脚lpib连接，所述电阻r13左端与模拟有源滤波器max275的引脚bpib连接，所述电阻r13右端与模拟有源滤波器max275的引脚lpob连接。由于在放大超声波信号的同时，噪音信号也随之被放大，因此需要进行滤波处理，采用带通滤波模块来滤除超声波信号中的干扰信号。

优选的，所述a/d转换模块6采用模数转换器ad7606且模数转换器ad7606的引脚v1与带通滤波模块5中的模拟有源滤波器max275的引脚bpob连接。

本实用新型中主控芯片8产生固定的40khz的方波信号作为激励信号源经功率放大模块2放大后送至超声波发射传感器1发射超声波，若待测天然气管道存在泄漏，天然气管道外部的超声波接收传感器3就能接收到泄漏出来的超声波信号，对接收到的超声波信号进行处理分析，来确定天然气管道破损的位置；当检测仪通电后首先执行复位操作，然后通过外部按键输入指令来控制主控芯片8输出40khz的方波信号，再对输出的方波信号进行功率放大处理之后去激励超声波发射传感器1发射超声波，当超声波接收传感器3接收到超声波信号后，经过信号放大模块4和带通滤波模块5后输入至a/d转换模块6中进行模数转换，经模数转换后的超声波信号被发送至主控芯片8，主控芯片8对模数转换后的超声波信号进行fft运算后，将其输出至lcd模块10进行显示，通过分析频谱特性确认泄漏判断结果泄漏是否为真，若判断结果为真，声光报警模块11则进行报警提醒，并把处理结果存储到存储器7中。

上面结合附图对本实用新型优选实施方式作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本实用新型的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本实用新型不限于特定的实施方式，本实用新型的范围由所附权利要求限定。