[发明专利]一种能提高超声波探测精度的超声波探测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波探测系统及方法，特别是关于一种在被测环境为排水管道等封闭环境情况下能够显著提高超声波探测精度的超声波探测系统及方法。

背景技术

由于城市在快速发展的同时，一些与城市配套的基础设施却跟不上城市发展的速度，例如在暴雨等恶劣天气降临时，一些大城市经常发生严重内涝，雨水未能及时渗入窨井中，这其中既包括城市路面的窨井盖数量不足，也可能是由于城市路面硬化指数过高。因为雨水落入自然的土壤中后会慢慢汇集到地下水中，而后进入城市河流，但是如果是硬化路面（沥青路，水泥路），雨水将无法通过地面渗入地下水中，只能进入排水管道，如果不及时排除，就会造成大量积水。

因此，为了减少各类排水管道发生堵塞、淤积和泄露，对排水管道的定期检测与维护很有必要。目前，用车载超声波探测系统比较普遍，但是探测精度不理想，主要是由于探测车行走不平稳导致超声波探头角度变化，超声波探测信号的传播方向如果与被测管道部位的切线不垂直，就会使发射信号与回波信号的传播路径不重合，导致超声波探头只能接收到微弱的回波信号而不能有效地识别并记录。再者，排水管道内部如淤泥塑料等淤积物有一定的吸波作用会导致回波信号更微弱。超声波探测系统在以上几种情况工作时探测精度十分不理想。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的提供一种在被测环境为排水管道等封闭环境情况下能够显著提高超声波探测精度的超声波探测系统及方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种能提高超声波探测精度的超声波探测系统，其特征在于：它包括由多级放大器、检波电路、DA输出电路、微控制器和换能器组成的超声波探测系统；所述微控制器发出一定频率的脉冲信号，驱动所述换能器发射超声波；所述超声波经障碍物反射后，超声波回波信号被所述多级放大器的输入端接收，经所述多级放大电路放大后输入所述检波电路，再经所述检波电路进行滤波、保持后流向所述微控制器的检测端；所述DA输出电路使所述微控制器的比较端产生一个基准电压，所述微控制器将所述超声波回波信号的电压与所述基准电压做比较，当所述超声波回波信号的电压值大于或等于所述基准电压时，所述微控制器中断计时。

所述多级放大电路包括回波信号通路、分压放大电路和多路复用器；所述回波信号通路包括电阻R1、稳压管D1和D2、电容C1和C2，其中所述电阻R1、电容C1和C2依次顺序串联，所述电容C1和C2的作用是保留目标频率的超声波回波信号，滤掉杂波信号；所述稳压管D1和D2正负对调并联在所述电阻R1和电容C1之间，目的是为了去除正负波峰以免影响超声波回波信号的电压过高损坏后面的检波器件；所述分压放大电路包括电阻R2、电阻R3和R4、电容C3，其中所述电阻R3一端接电源，另一端分别与所述电阻R2和R3串联，并通过所述电阻R2接到所述回波信号通路，所述电阻R4和电容C3并联后接地；同时，所述电阻R3的另一端还与所述多路复用器的外接电阻并联形成分压电路；所述多路复用器的四个分支通路S1、S2、S3、S4分别接所述外接电阻R5、R6、R7、R8；所述多路复用器的漏极D接所述回波信号通路的S点，所述多路复用器的地址选通端A0、A1、A2分别接所述微控制器的P3.5、P3.4、P3.3口，通过所述微控制器选择地址来选通分支通路。

所述多路复用器的另外四个分支通路S5、S6、S7、S8共同接下拉电阻R9，其作用是保持低电平并和其他分支通路隔离以作为备用；所述多路复用器的EN端接上拉电阻R14，其作用是使EN端一直保持高电平；所述多路复用器的GND端和VDD端接电容C4，其作用是使VDD端的电压保持稳定。

所述检波电路包括二极管D7、电容C23、电阻R10、稳压管D8，其中所述二极管D7的阳极与所述多级放大电路的电容C2末端连接，阴极与所述电容C23、电阻R10和稳压管D8并联后连接所述微控制器的检测端；所述二极管D7的作用是滤掉经所述多级放大电路放大后的超声波回波信号的电压负值部分，所述电容C23的作用是二次滤波，所述电阻R10和稳压管D8的作用是使超声波回波信号的电压正值部分保留一段时间后输入所述微控制器的检测端，以便所述微控制器识别。

所述DA输出电路包括电阻R11和与之并联的电容C22，所述DA输出电路接到所述微控制器的比较端，目的是使所述微控制器的比较端产生一个基准电压，并与所述微控制器的检测端的超声波回波信号的电压进行比较，以决定所述微控制器是否提取中断。