CN109738517B - 一种轻型节电扫射式声波探测器及其探测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种轻型节电扫射式声波探测器及其探测方法，该探测器包括中心控制***、电源、发送传感器、接收传感器、GPS***、时间***、存储器、低能耗蓝牙、测量轮、现场检测员的设备、放大器和指示灯；其中电源、发送传感器、接收传感器、GPS***、时间***、存储器、测量轮、指示灯均与中心控制***连接；存储器利用低能耗蓝牙与现场检测员的设备连接。本发明提供的探测器能根据实时波形数据信息，针对破坏情况的路面采取增加测点密度的措施，提高了检测质量和效率，极大的减少了能源的消耗。

Description

一种轻型节电扫射式声波探测器及其探测方法
技术领域
本发明属于路面检测领域，尤其涉及一种轻型节电扫射式声波探测器及其探测方法。
背景技术
超声波探测器是利用超声波的特性研制而成的新型探测器。传统的超声波探测器设备，只是单一的执行内部预先设定好的模式，无论是对完好的路面还是有破坏的路面均采用相同的测点密度。而有破坏的路面需要提高测点密度，更全面细致地显示路面破坏情况；相反，完好的路面则可以采用普通的检测模式，即使用普通的测点密度。现有的超声波探测器设备无法满足上述需求，造成有破坏的路面检测效果不佳，同时也造成能源的浪费，降低了检测效率。
传统超声波探测器设备的数据信息传输采用移动信号数据传输方式，直接将数据传输至显示终端，现场工作人员无法根据波形数据信息知晓探测器实时工作情况。若探测器中途故障，可能导致后续结果失真。
传统超声波探测器设备对于采集到的波形数据信息不做任何处理，直接将原始波形数据信息发送至显示终端，致使很多环境干扰的波形数据信息直接显示在结果中，对于结论的判断产生干扰。此外，一般野外探测历时较长，所获数据信息容量较大，传输不易。
传统超声波探测器设备所装电池较大，整个设备体积大，笨重。且由于能耗高，故需频繁充电，使探测过程更为复杂。
发明内容
发明目的：针对上述传统超声波探测器探测模式单一，设备体积大，对原始数据不做任何处理从而导致环境因素对判断产生干扰的问题，本发明提供一种轻型节电扫射式声波探测器及其探测方法。
技术方案：本发明提供一种轻型节电扫射式声波探测器，该探测器包括中心控制***、电源、发送传感器、接收传感器、GPS***、时间***、存储器、低能耗蓝牙、测量轮、现场检测员的设备、放大器；
所述GPS***和时间***分别用于产生坐标信息和时间信息，并送入中心控制***；所述电源在中心控制***的控制下产生电压，发送传感器将电源产生电压的电信号转化为超声波；所述超声波经地面反射后由接收传感器接收；接收传感器将超声波转换为交变电荷，再经放大器转换为电压信号波形数据传送给中心控制***；中心控制***根据收到的电压信号波形数据与存储在中心控制***中的正常路面的电压信号波形参数对比，判断路面是否正常，若正常，中心控制***将控制测量轮继续向前探测；若路面不正常，中心控制***控制测量轮重复探测被认定为不正常的路面段，并利用重复探测得到的电压信号波形数据判断导致该路面段不正常的原因是路面损坏还是环境干扰；若为环境干扰，中心控制***在删除重复测量的波形数据后控制测量轮继续向前探测路面；若为路面损坏，中心控制***降低测量轮的速度，并再次采集被判定为损坏的路面的电压信号波形数据；整个路面探测结束后，中心控制***将采集到的电压信号波形数据以及该波形数据对应的坐标信息与时间信息进行压缩，得到压缩后的数据；并将压缩后的数据传送至存储器中；存储器利用低功耗蓝牙将收到的压缩后的数据传送至现场检测员的设备中。
进一步的，所述GPS***采用SiRFstarⅢ芯片，所述时间***采用CMOS芯片，存储器采用Intel-2716芯片，低能耗蓝牙采用WH-BT200芯片，所述中心控制***采用SandForceSF-2281芯片。
进一步的，该探测器还包括与中心控制***连接的指示灯，用于在路面正常、环境干扰和路面损坏的情况下显示不同的颜色。
进一步的，所述发送传感器和接收传感器的结构相同，均包括传力上盖，压电片，电极，电极引出插头，绝缘材料和底座；所述传力上盖与底座相扣合，并在二者之间形成容置腔，所述容置腔内放置电极，电极上下分别放置压电片，且电极由底座侧面引出连接一个电极引出插头，所述绝缘材料将电极与底座隔开。
进一步的，所述探测器还包括与中心控制***连接的显示屏，用于显示坐标信息、时间信息和电压信号波形数据。
一种轻型节电扫射式声波探测器的探测方法，具体包括如下步骤：
步骤1，将平整的路面的电压波形数据作为预设参数输入至中心控制***；
步骤2，中心控制***将探测器采集到的路面电压信号波形数据与预设参数进行对比，判断路面是否正常，如果该电压信号波形数据在预设参数的范围之内，则判定路面正常，中心控制***控制测量轮继续向前探测，并控制指示灯显示绿色，否则判定该路面不正常，转步骤3；
步骤3，中心控制***控制测量轮停止向前，并控制测量轮以与步骤2一致的速度重复探测被判定为不正常的路面；中心控制***利用重复探测得到的电压信号波形数据判断导致该路面段不正常的原因是路面损坏还是环境干扰；若为环境干扰，中心控制***控制指示灯显示黄色，并控制测量轮继续向前探测；若为路面损坏，中心控制***降低测量轮的转速后再次采集被判定为损坏的路面的电压信号波形数据，并且控制指示灯显示为红色；
步骤4，整个路面探测结束后中心控制***将采集到的路面电压数据波形及该波形对应的坐标信息与时间信息进行压缩，并将压缩后的数据传送至存储器中。
进一步的，步骤3中辨别环境干扰和路面损坏的具体步骤为：
步骤3.1：中心控制***控制测量轮在时间t内重复检测被判定为不正常的路面，得到n段电压信号波形数据；
Figure BDA0001915347570000031
其中n为重复检测的次数，f为超声波发射频率；
步骤2.2，观察n段波形数据中的振幅，若振幅满足公式1，则判定是路面损坏导致该路面不正常，否则，判定是环境干扰导致该路面不正常，指示灯显示黄色，并删除该n段波形；
Figure BDA0001915347570000032
上式中，Ai为检测中的第i段波形数据中的振幅，i＝1，2,…,n。
有益效果：本发明提供的探测器能根据实时波形数据信息，针对破坏情况的路面采取增加测点密度的措施，提高了检测质量和效率，极大的减少了能源的消耗。同时对于实时数据波形进行压缩，使得传输更加容易。此外，本发明在探测器中装配了低能耗蓝牙，用蓝牙数据传输代替移动数据传输，使得数据首先呈现在现场工作人员的现场检测员的设备上，再由设备传输至终端。这样现场工作人员能实时监测探测器的工作情况，保证探测过程全程无误。由于能源消耗少，故设备内所装配的电池梯级小，重量轻，更为便携。也不必频繁充电，能持续工作一整天之久。
附图说明
图1为本发明的工作原理图；
图2为本发明的发送/接收传感器示意图；
图3为本发明的工作流程图；
图4为本发明的主视图；
图5为本发明的俯视图。
附图说明1、传力上盖；2、压电片；3、电极；4、电极引出插头；5、绝缘材料；6、底座；7、调节旋钮；8、测量轮；9、显示屏。
具体实施方式
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
如图1所示，本发明提供一种轻型节电扫射式声波探测器，该探测器包括中心控制***、电源、发送传感器、接收传感器、GPS***、时间***、存储器、低能耗蓝牙、测量轮、指示灯和现场检测员的设备。
所述GPS***和时间***分别用于产生坐标信息和时间信息，并送入中心控制***；所述中心控制***控制电源产生共振频率的电压，本实施例中电源电压参数选为DC12V±10％或DC24V±10％；发送传感器将电源产生电压的电信号转化为超声波；所述超声波经地面反射后由接收传感器接收；接收传感器将超声波转换为交变电荷，再经放大器转换为电压信号波形数据传送给中心控制***；中心控制***将采集到的电压信号波形数据以及该波形数据对应的坐标信息与时间信息进行压缩，得到压缩后的数据；并将压缩后的数据传送至存储器中；存储器利用低功耗蓝牙将收到的压缩后的数据传送至现场检测员的设备中。
所述GPS***采用SiRFstarⅢ芯片，所述时间***采用CMOS芯片，存储器采用Intel-2716芯片，低能耗蓝牙采用WH-BT200可自选单双模式运行，兼容BLE/EDR两种模式，所述中心控制***采用SandForce SF-2281芯片。
如图2所示，所述发送传感器和接收传感器的结构相同，均包括传力上盖1，压电片2，电极3，电极引出插头4，绝缘材料5和底座6。其中，所述压电片2一般选择天然石英晶体或人工压电陶瓷。所述传力上盖1与底座6相扣合，并在二者之间形成容置腔，所述容置腔内放置电极3，电极3上下分别放置压电片2，且电极3由底座6侧面引出连接一个电极引出插头4，所述绝缘材料5将电极3与底座6隔开。
在发送传感器，由中心控制***控制电源产生共振频率的电压后，压电片2通过逆压电效应产生相应频率的机械振动，将电信号转化为超声波。此时，传力上盖1负责强化超声波。
在接收传感器中，路面反射的超声波通过传力上盖1作用到压电片2上，相当于在压电片2上施加作用力，根据压电效应，压电片表面会产生交变电荷，此电荷经放大器(电压或电荷放大器)转换成电压信号进行显示。
本实施例中所述探测器还包括显示屏，与中心控制***连接，用于显示坐标信息、时间信息和电压信号。
如图3所示，一种基于轻型节电扫射式声波探测器的探测方法，具体包括如下步骤：
步骤1，将平整的路面的电压波形数据作为预设参数输入至中心控制***。
步骤2，本实施例中中心控制***控制测量轮采用3cm/s的速度进行探测；中心控制***将探测器采集到的路面的电压信号波形数据与预设参数进行对比，如果该段电压信号波形数据在预设参数的范围之内，则判定该段路面正常，中心控制***控制测量轮继续向前探测，并控制指示灯显示绿色，否则转步骤3。
步骤3，中心控制***控制测量轮停止向前，并控制测量轮以与步骤2一致的速度(即3cm/s)在时间t内重复探测被认定为不正常的路面段；得到n段电压信号波形数据；
Figure BDA0001915347570000051
其中n为重复检测的次数，f为超声波发射频率。
步骤4，观察n段波形数据中的振幅，若振幅满足公式2，则判定路面损坏导致该路面不正常，转步骤5，否则，判定为是环境干扰导致该路面不正常；中心控制控制指示灯显示为黄色，并在删除重复测量得到的电压信号波形数据后控制测量轮继续向前探测；
Figure BDA0001915347570000052
上式中，Ai为检测中的第i段波形数据中的振幅，i＝1，2,…,n。
步骤5，中心控制***采用高密度探测模式再次采集被判定为损坏的路面的电压信号波形数据(所述高密度探测模式为中心控制***降低测量轮的转速，本实施例中测量轮的转速为1cm/s，从而提高了探测的密度)；并且控制指示灯显示为红色。
步骤6，整个路面探测结束后中心控制***将采集到的路面电压数据波形及该波形对应的坐标信息与时间信息进行压缩，并将压缩后的数据传送至存储器中。
如图4-5所示，本实施例中的探测器主体部分都封装在长方体塑料盒内，塑料盒顶部装有调节旋钮7，用于调节设备水平运行速度，当调节旋钮7调制速度为“0”，则设备自动关闭。塑料盒顶部前端装有显示屏9，用以显示当前运行参数，包括剩余电量，水平运行速度，运行里程，超声波发射频率，已检测时长，信号状况和当前时间。塑料盒顶部下端装有按钮，用于选择或输入遇到波动时的重复测量次数。长方体塑料盒底部有四个测量轮8，测量轮8由中心控制***控制转速。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (6)

1.一种轻型节电扫射式声波探测器，其特征在于，该探测器包括中心控制***、电源、发送传感器、接收传感器、GPS***、时间***、存储器、低能耗蓝牙、测量轮、现场检测员的设备、放大器；
所述GPS***和时间***分别用于产生坐标信息和时间信息，并送入中心控制***；所述电源在中心控制***的控制下产生电压，发送传感器将电源产生电压的电信号转化为超声波；所述超声波经地面反射后由接收传感器接收；接收传感器将超声波转换为交变电荷，再经放大器转换为电压信号波形数据传送给中心控制***；中心控制***根据收到的电压信号波形数据与存储在中心控制***中的正常路面的电压信号波形参数对比，判断路面是否正常，若正常，中心控制***将控制测量轮继续向前探测；若路面不正常，中心控制***控制测量轮重复探测被认定为不正常的路面段，并利用重复探测得到的电压信号波形数据判断导致该路面段不正常的原因是路面损坏还是环境干扰；若为环境干扰，中心控制***在删除重复测量的波形数据后控制测量轮继续向前探测路面；若为路面损坏，中心控制***降低测量轮的速度，并再次采集被判定为损坏的路面的电压信号波形数据；整个路面探测结束后，中心控制***将采集到的电压信号波形数据以及该波形数据对应的坐标信息与时间信息进行压缩，得到压缩后的数据；并将压缩后的数据传送至存储器中；存储器利用低功耗蓝牙将收到的压缩后的数据传送至现场检测员的设备中；
所述断导致该路面段不正常的原因是路面损坏还是环境干扰具体为：
步骤3.1：中心控制***控制测量轮在时间t内重复检测被判定为不正常的路面，得到n段电压信号波形数据；
Figure FDA0003048789840000011
其中n为重复检测的次数，f为超声波发射频率；
步骤3.2，观察n段波形数据中的振幅，若振幅满足公式1-1，则判定是路面损坏导致该路面不正常，否则，判定是环境干扰导致该路面不正常，指示灯显示黄色，并删除该n段波形；
Figure FDA0003048789840000012
上式中，Ai为检测中的第i段波形数据中的振幅，i＝1，2,…,n。
2.根据权利要求1所述的一种轻型节电扫射式声波探测器，其特征在于，所述GPS***采用SiRFstarⅢ芯片，所述时间***采用CMOS芯片，存储器采用Intel-2716芯片，低能耗蓝牙采用WH-BT200，所述中心控制***采用SandForce SF-2281芯片。
3.根据权利要求1所述的一种轻型节电扫射式声波探测器，其特征在于，该探测器还包括与中心控制***连接的指示灯，用于在路面正常、环境干扰和路面损坏的情况下显示不同的颜色。
4.根据权利要求1所述的一种轻型节电扫射式声波探测器，其特征在于，所述发送传感器和接收传感器的结构相同，均包括传力上盖，压电片，电极，电极引出插头，绝缘材料和底座；所述传力上盖与底座相扣合，并在二者之间形成容置腔，所述容置腔内放置电极，电极上下分别放置压电片，且电极由底座侧面引出连接一个电极引出插头，所述绝缘材料将电极与底座隔开。
5.根据权利要求1所述的一种轻型节电扫射式声波探测器，其特征在于，所述探测器还包括与中心控制***连接的显示屏，用于显示坐标信息、时间信息和电压信号波形数据。
6.基于权利要求3所述的一种轻型节电扫射式声波探测器的探测方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1，将平整的路面的电压波形数据作为预设参数输入至中心控制***；
步骤2，中心控制***将探测器采集到的路面电压信号波形数据与预设参数进行对比，判断路面是否正常，如果该电压信号波形数据在预设参数的范围之内，则判定路面正常，中心控制***控制测量轮继续向前探测，并控制指示灯显示绿色，否则判定该路面不正常，转步骤3；
步骤3，中心控制***控制测量轮停止向前，并控制测量轮以与步骤2一致的速度重复探测被判定为不正常的路面；中心控制***利用重复探测得到的电压信号波形数据判断导致该路面段不正常的原因是路面损坏还是环境干扰；若为环境干扰，中心控制***控制指示灯显示黄色，并控制测量轮继续向前探测；若为路面损坏，中心控制***降低测量轮的转速后再次采集被判定为损坏的路面的电压信号波形数据，并且控制指示灯显示为红色；
步骤4，整个路面探测结束后中心控制***将采集到的路面电压数据波形及该波形对应的坐标信息与时间信息进行压缩，并将压缩后的数据传送至存储器中。
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