供水管道泄漏声信号数据采集系统研究

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随着世界人口和经济的迅猛发展,各种原因造成的水资源浪费已成为社会经济发展的主要制约因素之一。我国城市自来水供给系统每年因管道泄漏造成的损失相当惊人,既浪费了宝贵的水资源也造成了巨大的经济损失。如何快速的查找漏点,为管道工程技术人员提供有效的检漏方法和仪器,一直是从事供水管道工作的科技人员和学者致力研究的重要目标。 本文研制了一种针对供水管道泄漏声信号的数据采集系统。根据泄漏检测定位的需要,系统具有信号调理、数据采集和传输、USB通信、液晶显示等功能,为后续泄漏检测定位的信号处理提供了必需的数据支撑。 当泄漏量较小或者检测距离较远时,泄漏信号一般都比较微弱,为了提高系统灵敏度,噪声抑制是系统开发的重要内容。论文在分析泄漏声信号特性以及相关定位、LMS时延估计算法原理的基础上,通过讨论检漏时主要的噪声来源,研究了噪声对时延估计方差的影响,给出了抑制系统电路噪声和检漏环境噪声的主要方法。考虑到系统野外工作的特殊性,采集系统还应具有较低的功耗以延长使用时间。 选用低功耗的单片机为主控单元,按照低噪声、低功耗的要求,提出了系统的总体设计方案。并在此基础上完成了系统的硬件设计,包括数据采集模块设计、电源管理模块设计以及传感器选择、主控单元配置等。由于实际采集的泄漏声信号强度随泄漏形式、管内压力等条件不同而存在差异,且受到环境噪声影响,系统调理电路设计时,采用带通滤波器、自动增益调节的技术手段来提高系统的泄漏信号采集能力、减少量化误差影响。利用USB接口作为命令发送及数据传输的通道,速度快,易连接。采用液晶显示器实时显示采集状态来提高系统的人机交互能力,方便工程技术人员操作。配合硬件平台采用C语言设计嵌入式软件,手动建立液晶显示字模库,采用流程图的形式对软件的编程思想和程序流程进行了详细说明。 对系统电路噪声和功耗的测试表明系统达到了低噪声、低功耗的设计要求;对系统的滤波效果实验和ADC有效位数实验证明系统能有效的抑制带外噪声、采集泄漏信号。将设计开发的数据采集系统应用到自来水管网泄漏检测定位中,实验结果表明,该采集系统能够正确有效的获取泄漏信号,满足后续泄漏检测与定位的信号处理需求。
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