CN207439535U - 声波信号采集装置及清管器通过指示器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种声波信号采集装置及清管器通过指示器，属于自动化技术领域。所述装置包括：声波信号采集模块和信号处理模块；所述声波信号采集模块的输出端与所述信号处理模块的输入端连接，所述声波信号采集模块用于接收清管器产生的声波信号，将所述声波信号转换为电压信号，并向所述信号处理模块输出所述电压信号；所述信号处理模块，用于对所述电压信号进行放大和滤波处理，并输出处理后的电压信号。本实用新型使用该声波信号采集装置时无需对管道开孔，不会造成管道的气质泄漏，保证了管道的密闭性，进而保证了管道的输送能力。

Description

声波信号采集装置及清管器通过指示器

技术领域

本实用新型涉及自动化技术领域，特别涉及一种声波信号采集装置及清管器通过指示器。

背景技术

为了保证石油和天然气的正常输送以及提高管道的输送效率，需要使用清管器对管道进行清管作业，并且，在清管过程中需要监测清管器的位置，以便实时监测清管器的运行状况。

相关技术中，一般采用机械式清管通过指示器监测清管器的位置。在安装机械式清管通过指示器时需要在管道上开孔，当清管器运行到机械式清管通过指示器所在位置时，机械式清管通过指示器与清管器接触，进而实现清管器位置的监测。但是，对管道开孔容易引起管道的气质泄漏，使管道的密闭性受到影响，进而影响管道的输送能力。

实用新型内容

为了解决相关技术监测清管器位置时，对管道开孔容易引起管道的气质泄漏，使管道的密闭性受到影响，进而影响管道的输送能力的问题，本实用新型实施例提供了一种声波信号采集装置及清管器通过指示器。所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种声波信号采集装置，所述装置包括：

声波信号采集模块和信号处理模块；

所述声波信号采集模块的输出端与所述信号处理模块的输入端连接，所述声波信号采集模块用于接收清管器产生的声波信号，将所述声波信号转换为电压信号，并向所述信号处理模块输出所述电压信号；

所述信号处理模块，用于对所述电压信号进行放大和滤波处理，并输出处理后的电压信号。

可选地，所述声波信号采集模块为由压电陶瓷材料制成的压电晶片。

可选地，所述压电晶片包括：第一隔直电容、漏电阻和电压转换子模块；

所述第一隔直电容的一端与所述电压转换子模块的一端连接，所述第一隔直电容的另一端与第一输出节点连接；

所述漏电阻的一端与所述第一输出节点连接，所述漏电阻的另一端与所述电压转换子模块的另一端连接；

所述电压转换子模块用于将所述声波信号对所述电压转换子模块的受力面产生的力转换为电压信号。

可选地，所述信号处理模块，包括：依次串联的交流放大子模块、滤波子模块、自动增益控制子模块和滞回比较子模块；

所述交流放大子模块的第一输入端与第一输出节点连接，所述交流放大子模块的第二输入端与第一输入节点连接，所述交流放大子模块的输出端与第二输出节点连接，所述交流放大子模块用于对所述声波信号采集模块输出的电压信号进行交流放大；

所述滤波子模块的第一输入端与所述第二输出节点连接，所述滤波子模块的第二输入端与所述第一输入节点连接所述滤波子模块的输出端与第三输出节点连接，所述滤波子模块用于对交流放大后的电压信号进行滤波；

所述自动增益控制子模块的第一输入端与所述第三输出节点连接，所述自动增益控制子模块的第二输入端接入高电平，所述自动增益控制子模块的输出端与第四输出节点连接，所述自动增益控制子模块用于对滤波后的电压信号进行二次放大；

所述滞回比较子模块的第一输入端与所述自动增益控制子模块的第二输入端连接，所述滞回比较子模块的第二输入端与所述第四输出节点连接，所述滞回比较子模块的输出端与第五输出节点连接，所述滞回比较子模块用于将二次放大后的电压信号进行二次滤波，并输出二次滤波后的电压信号。

可选地，所述交流放大子模块，包括：第一限流电阻、第二隔直电容、第一反馈电阻和第一放大器；

所述第一限流电阻的一端与所述第一输出节点连接，所述第一限流电阻的另一端与所述第二隔直电容的一端连接；

所述第二隔直电容的另一端与第一反相端节点连接；

所述第一反馈电阻的一端与所述第一反相端节点连接，另一端与所述第二输出节点连接；

所述第一放大器的反相端与所述第一反相端节点连接，所述第一放大器的同相端与所述第一输入节点连接，所述第一放大器的输出端与所述第二输出节点连接。

可选地，所述滤波子模块，包括：第二限流电阻、第二反馈电阻、第三隔直电容、第一反馈电容、第三反馈电阻和第二放大器；

所述第二限流电阻的一端与所述第二输出节点连接，另一端与第二输入节点连接；

所述第二反馈电阻的一端与所述第一输入节点连接，另一端与所述第二输入节点连接；

所述第三隔直电容的一端与所述第二输入节点连接，另一端与第二反相端节点连接；

第一反馈电容的一端与所述第二输入节点连接，另一端与所述第三输出节点连接；

所述第三反馈电阻的一端与所述第二反相端节点连接，另一端与所述第三输出节点连接；

所述第二放大器的反相端与所述第二反相端节点连接，所述第二放大器的同相端与所述第一输入节点连接，所述第二放大器的输出端与所述第三输出节点连接。

可选地，所述自动增益控制子模块，包括：第三限流电阻、第四限流电阻、第一滤波电阻、第一分压电阻、第二分压电阻、第四反馈电阻、第二滤波电阻、第四隔直电容、第一滤波电容、第二滤波电容、第三滤波电容和第三放大器；

所述第三限流电阻的一端与所述第三输出节点连接，另一端与所述第四隔直电容的一端连接；

所述第四隔直电容的另一端与第三反相端节点连接；

所述第四反馈电阻的一端与所述第三反相端节点连接，另一端与所述第四输出节点连接；

所述第四限流电阻的一端接入高电平，另一端与同相端节点连接；

所述第一滤波电容的一端、所述第二滤波电容的一端和所述第一滤波电阻的一端均与所述同相端节点连接，所述第一滤波电容的另一端、所述第二滤波电容的另一端和所述第一滤波电阻的另一端均接地；

所述第二分压电阻的一端与所述同相端节点连接，另一端与所述第四反相端节点连接；

所述第一分压电阻的一端与所述第四反相端节点连接，另一端与使能信号端连接，在所述使能信号端上加载高电平信号时，所述第三放大器不工作，在所述使能信号端上加载低电平信号时，所述第三放大器工作；

所述第二滤波电阻的一端和所述第三滤波电容的一端均与所述第四反相端节点连接，所述第二滤波电阻的另一端和所述第三滤波电容的另一端均接地；

所述第三放大器的反相输入端与所述第三反相端节点连接，所述第三放大器的同相输入端与所述同相端节点连接，所述第三放大器的输出端与所述第四输出节点连接。

可选地，所述滞回比较子模块，包括：第五限流电阻、第五反馈电阻、第六反馈电阻、第六限流电阻、下拉电阻、上拉电阻、晶体管和第四放大器；

所述第五限流电阻的一端与所述第四输出节点连接，另一端与所述第四放大器的同相输入端连接；

所述第五反馈电阻的一端与第四反相端节点连接，另一端与所述第六反馈电阻的一端连接，所述；

所述第六反馈电阻的另一端与所述第五输出节点连接；

所述第六限流电阻的一端与所述第四放大器的输出端连接，另一端与控制节点连接；

所述下拉电阻的一端与所述控制节点连接，另一端接地；

所述上拉电阻的一端与所述第五输出节点连接，另一端接入高电平；

所述晶体管的控制端与所述控制节点连接，所述晶体管的第一级与所述第五输出节点连接，所述晶体管的第二级接地；

所述放大器的反相输入端与所述第四反相端节点连接。

可选地，所述装置还包括：外壳，所述声波信号采集模块和所述信号处理模块固定设置在所述外壳内。

第二方面，提供了一种清管器通过指示器，所述清管器通过指示器包括：电缆、主控芯片和第一方面任一所述的声波信号采集装置；

所述声波信号采集装置通过所述电缆与所述主控芯片连接，所述声波信号采集装置用于接收清管器产生的声波信号，将所述声波信号转换为电压信号，并通过所述电缆向所述主控芯片输出处理后的电压信号；

所述主控芯片用于根据所述处理后的电压信号确定所述清管器的位置。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本实用新型实施例提供的声波信号采集装置及清管器通过指示器，通过声波信号采集模块接收清管器产生的声波信号，将声波信号转换为电压信号，并向信号处理模块输出电压信号，信号处理模块对该电压信号进行放大和滤波处理，并输出处理后的电压信号，该处理后的电压信号能够指示清管器的位置，进而实现对清管器位置的监测，相对于相关技术，在使用该声波信号采集装置时无需对管道开孔，不会造成管道的气质泄漏，保证了管道的密闭性，进而保证了管道的输送能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种声波信号采集装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种清管器通过指示器的等效电路图；

图3是本实用新型实施例提供的一种信号处理模块的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种信号处理模块的电路图；

图5是本实用新型实施例提供的一种清管器通过指示器的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

本实用新型实施例提供了一种声波信号采集装置10，如图1所示，声波信号采集装置10可以包括：

声波信号采集模块101和信号处理模块102。

声波信号采集模块101的输出端与信号处理模块102的输入端连接，声波信号采集模块101用于接收清管器产生的声波信号，将声波信号转换为电压信号，并向信号处理模块102输出电压信号。

信号处理模块102，用于对电压信号进行放大和滤波处理，并输出处理后的电压信号。

实际应用中，清管器在管道中工作时会产生声波信号，该声波信号在管道和声波信号采集装置10上均会产生振动的力，声波信号采集装置10在工作时通过接收该振动力，并将该振动力转换为电压信号，就能够实现接收声波信号并将声波信号转换为电压信号的过程。

综上所述，本实用新型实施例提供的声波信号采集装置，通过声波信号采集模块接收清管器产生的声波信号，将声波信号转换为电压信号，并向信号处理模块输出电压信号，信号处理模块对该电压信号进行放大和滤波处理，并输出处理后的电压信号，该处理后的电压信号能够指示清管器的位置，进而实现对清管器位置的监测，相对于相关技术，在使用该声波信号采集装置时无需对管道开孔，不会造成管道的气质泄漏，保证了管道的密闭性，进而保证了管道的输送能力。

可选地，该声波信号采集模块101可以为由压电陶瓷材料制成的压电晶片。该压电陶瓷材料兼有高耦合系数和高电压应变常数，且该压电晶片在高温下具有较高的电阻率，因此，采用该压电陶瓷材料制成的压电晶片采集的信号具有较好的时间稳定性。

如图2所示，压电晶片对应的电路(如图2中虚线框所示)可以包括：第一隔直电容Ce、漏电阻Rd和电压转换子模块Ue。

该第一隔直电容Ce的一端与电压转换子模块Ue的一端连接，该第一隔直电容Ce的另一端与第一输出节点P1连接。

该漏电阻Rd的一端与第一输出节点P1连接，漏电阻Rd的另一端与电压转换子模块Ue的另一端连接。其中，电压转换子模块Ue用于将声波信号对电压转换子模块Ue的受力面产生的力转换为电压信号。

电压转换子模块Ue的工作原理为：假设声波信号对电压转换子模块Ue的受力面产生的力为交变力，且该交变力为：F＝Fm×sinωt，则转换后的电压信号的电压U为：U＝q/Ce＝dF/Ce＝d(Fm×sinωt)/Ce，其中，q为压电晶片中的电量，d为电压转换子模块Ue的受力面的压电系数，单位为库仑每牛(英文：C/N)，F为声波信号对电压转换子模块Ue的受力面产生的交变力的瞬时值，单位为N，Fm为声波信号对电压转换子模块Ue的受力面产生的交变力的幅值，单位为N，ω为声波信号对电压转换子模块Ue的受力面产生的交变力的角频率，单位为弧度每秒(英文：rad/s)。

图2中Au为信号处理模块(其电压放大倍数为Au)，Rf和Ri分别为信号处理模块102的反馈电阻和输入电阻，单位为欧姆(英文：Ω)，Ci为信号处理模块的输入电容，单位为法拉(英文：F)，可选地，信号处理模块102的结构请参考图3，如图3所示，信号处理模块102，可以包括：依次串联的交流放大子模块1021、滤波子模块1022、自动增益控制子模块1023和滞回比较子模块1024。

交流放大子模块1021的第一输入端与第一输出节点P1连接，交流放大子模块1021的第二输入端与第一输入节点I1连接，交流放大子模块1021的输出端与第二输出节点P2连接，交流放大子模块1021用于对声波信号采集模块101输出的电压信号进行交流放大。

滤波子模块1022的第一输入端与第二输出节点P2连接，滤波子模块1022的第二输入端与第一输入节点I1连接，滤波子模块1022的输出端与第三输出节点P3连接，滤波子模块1022用于对交流放大后的电压信号进行滤波。

自动增益控制子模块1023的第一输入端与第三输出节点P3连接，自动增益控制子模块1023的第二输入端接入高电平VCC，自动增益控制子模块1023的输出端与第四输出节点P4连接，自动增益控制子模块1023用于对滤波后的电压信号进行二次放大。

滞回比较子模块1024的第一输入端与自动增益控制子模块1023的第二输入端连接，也即是，接入高电平VCC，滞回比较子模块1024的第二输入端与第四输出节点P4连接，滞回比较子模块1024的输出端与第五输出节点P5连接，滞回比较子模块1024用于将二次放大后的电压信号进行二次滤波，并输出二次滤波后的电压信号。

进一步地，如图4所示，交流放大子模块1021，具体可以包括：第一限流电阻R13、第二隔直电容C7、第一反馈电阻R1和第一放大器A1。

该第一限流电阻R13的一端与第一输出节点P1连接，第一限流电阻R13的另一端与第二隔直电容C7的一端连接。

该第二隔直电容C7的另一端与第一反相端节点F1连接。

该第一反馈电阻R1的一端与第一反相端节点F1连接，另一端与第二输出节点P2连接。

该第一放大器A1的反相端与第一反相端节点F1连接，第一放大器A1的同相端与第一输入节点I1连接，第一放大器A1的输出端与第二输出节点P2连接。

请继续参考图4，滤波子模块1022，具体可以包括：第二限流电阻R2、第二反馈电阻R3、第三隔直电容C8、第一反馈电容C10、第三反馈电阻R4和第二放大器A2。

该第二限流电阻R2的一端与第二输出节点P2连接，另一端与第二输入节点I2连接。

该第二反馈电阻R3的一端与第一输入节点I1连接，另一端与第二输入节点I2连接。

该第三隔直电容C8的一端与第二输入节点I2连接，另一端与第二反相端节点F2连接。

该第一反馈电容C10的一端与第二输入节点I2连接，另一端与第三输出节点P3连接。

该第三反馈电阻R4的一端与第二反相端节点F2连接，另一端与第三输出节点P3连接。

该第二放大器A2的反相端与第二反相端节点F2连接，第二放大器A2的同相端与第一输入节点I1连接，第二放大器A2的输出端与第三输出节点P3连接。

该滤波子模块1022可以为无限增益多路反馈(英文：Multiple-Feedback；简称：MFB)带通滤波器，当该滤波子模块1022为无限增益多路反馈滤波器时，能够保证滤波子模块的输出不失真或者失真较小，且对输入信号的要求较低(例如：对输入信号的灵敏度要求较低)。

使用无限增益多路反馈带通滤波器滤波时，其对信号具有极高的选择性和陡峭的过渡带，也即是，该无限增益多路反馈带通滤波器具有较好的滤波性能。图4中第一反馈电容C10和第三反馈电阻R4构成该滤波器的两个反馈支路，其反馈能力的强弱与信号的频率有关。该滤波子模块1022中的电容和电阻构成了滤波中的RC环，该RC环使得滤波器的过渡带变窄，衰减斜率增大。

假设第二输入节点I2的电位为Va，第二输出节点P2的电位为U1，第三输出节点P3的电位为U2，按照节点电位方程可得：

根据理想运算放大器反向输入端的虚短概念，可得：

将式(2)代入式(1)，可得滤波器的传输函数为：

观察上式，令其虚部为零，得到滤波器的中心频率为：

该中心频率所对应的放大倍数为：

其对应的品质因数Q为：

为了设计方便，通常将电容取值为C10＝C8＝C，其对应的参数为

根据公式(7)、公式(8)和公式(9)式可知，电容C的大小并不影响带通滤波器的增益H(if0)和品质因数Q，而电阻R4的变化会同时影响三个指标，R2和R3的并联会影响滤波器的中心频率和品质因数，但R3不会影响通带增益。

可选地，该无限增益多路反馈带通滤波器电路中各元件的参数可以查表选取，并且，由于滤波器的中心频率f0和品质因数Q均与电阻R2和电阻R3的并联值有关，在选取R2和R3的参数时，应分别考虑R2远大于R3和R2远大于R3时电阻参数的选取。

电容C的参数可以根据中心频率依据经验值决定，示例地，电容C的参数与中心频率F0的对应关系请参考表1，例如：当中心频率F0在(100-1000)赫兹(英文：Hz)的范围内时，电容C的取值范围可以为(0.1-0.01)微法(英文：uF)，当中心频率f0在(10-100)千赫兹(英文：kHz)的范围内时，电容C的取值范围可以为(100-1000)皮法(英文：pF)。

表1

中心频率f0	电容C
		<100Hz	(10-0.1)uF
(100-1000)Hz	(0.1-0.01)uF
		(1-10)kHz	(0.01-0.001)uF
(10-100)kHz	(100-1000)pF
		>100kHz	(10-100)pf

请继续参考图4，自动增益控制子模块1023，可以包括：第三限流电阻R5、第四限流电阻R6、第一滤波电阻R7、第一分压电阻R8、第二分压电阻R10、第四反馈电阻R11、第二滤波电阻R17、第四隔直电容C9、第一滤波电容C11、第二滤波电容C12、第三滤波电容C13和第三放大器A3。

该第三限流电阻R5的一端与第三输出节点P3连接，另一端与第四隔直电容C9的一端连接。

该第四隔直电容C9的另一端与第三反相端节点F3连接。

该第四反馈电阻R11的一端与第三反相端节点F3连接，另一端与第四输出节点P4连接。

该第四限流电阻R6的一端接入高电平VCC，另一端与同相端节点T1连接。

该第一滤波电容C11的一端、第二滤波电容C12的一端和第一滤波电阻R7的一端均与同相端节点T1连接，第一滤波电容C11的另一端、第二滤波电容C12的另一端和第一滤波电阻R7的另一端均接地GND。

该第二分压电阻R10的一端与同相端节点T1连接，另一端与第四反相端节点F4连接。

该第一分压电阻R8的一端与第四反相端节点F4连接，另一端与使能信号端NET9连接，在使能信号端NET9上加载高电平VCC信号时，第三放大器A3不工作，在使能信号端NET9上加载低电平信号时，第三放大器A3工作。

该第二滤波电阻R17的一端和第三滤波电容C13的一端均与第四反相端节点F4连接，第二滤波电阻R17的另一端和第三滤波电容C13的另一端均接地GND。

该第三放大器A3的反相输入端与第三反相端节点F3连接，第三放大器A3的同相输入端与同相端节点T1连接，第三放大器A3的输出端与第四输出节点P4连接。

自动增益控制子模块1023中可以设置有自动增益控制电路，该电路对滤波后的电压信号进行二次放大时，其需要使输出的电压保持在一定的数值内。对该电路的主要要求是：控制范围相对宽，信号失真相对小，有适当的响应时间，且不影响整个电路的噪声性能。也即是，当输入电压的幅值在一定范围内变化时，该路一方面能够足够大地减小输出电压的幅值变化，另一方面又不能完全消除电平的变化，且在给定的输出电压变化范围内，该电路能够输入的电压信号的幅值的变化范围越大，该控制范围越宽。

请继续参考图4，滞回比较子模块1024，可以包括：第五限流电阻R9、第五反馈电阻R12、第六反馈电阻R14、第六限流电阻R15、下拉电阻R16、上拉电阻R18、晶体管和第四放大器A4。

该第五限流电阻R9的一端与第四输出节点P4连接，另一端与第四放大器A4的同相输入端连接。

该第五反馈电阻R12的一端与第四反相端节点F4连接，另一端与第六反馈电阻R14的一端连接。

该第六反馈电阻R14的另一端与第五输出节点P5连接。

该第六限流电阻R15的一端与第四放大器A4的输出端连接，另一端与控制节点K连接。

该下拉电阻R16的一端与控制节点K连接，另一端接地GND。

该上拉电阻R18的一端与第五输出节点P5连接，另一端接入高电平VCC。

该晶体管Q的控制端与控制节点K连接，晶体管Q的第一级与第五输出节点P5连接，晶体管Q的第二级接地GND。该放大器的反相输入端与第四反相端节点F4连接。其中，将晶体管Q的第一级与第五输出节点P5连接，当第四放大器A4的输出输出为高电平时，该晶体管才会被导通，整个声波信号采集装置才会有输出，此时才认为清管器运行到该声波信号采集装置所在位置，进而实现对清管器位置的监测。

可选地，滞回比较子模块1024中可以设置有滞回比较电路，该滞回比较电路具有较强的抗干扰能力，也即是，当输入的电压信号受到干扰或噪声的影响时，即使电压信号的幅值会上下波动，其输出电压也不会发生变化，进而保证输出的电压信号的信噪比。

可选地，上述第一放大器A1、第二放大器A2、第三放大器A3和第四放大器A4均可以是LM324(一种集成电路型号)器件。

可选地，声波信号采集装置10还可以包括：外壳，声波信号采集模块101和信号处理模块102固定设置在外壳上。例如：可以通过螺纹或者胶粘的安装方式将声波信号采集模块101和信号处理模块102固定设置在不锈钢外壳上。并且，该声波信号采集装置10可以为适用于埋地状态的声波信号采集装置。

声波信号采集装置的工作原理为：清管器在管道中工作时会产生声波信号，该声波信号在管道和声波信号采集装置10上均会产生振动的力，压电晶片会接收该振动力，并将该振动力转换为电压信号，通过第一输出节点P1将该电压信号输出至交流放大子模块1021，交流放大子模块1021对该电压信号进行交流放大，然后通过第二输出节点P2将交流放大后的信号输出至滤波子模块1022，滤波子模块1022对其进行滤波后通过第三输出节点P3将其输出至自动增益控制子模块1023，自动增益控制子模块1023对该滤波后的信号进行二次放大，并通过第四输出节点P4将二次放大后的信号输出至滞回比较子模块1024，滞回比较子模块1024对该信号进行二次滤波，然后从晶体管Q的第一级输出滤波后的电压信号，并且，根据滞回比较子模块1024的工作特性可知，当滤波后的电压信号为高电平的信号时，晶体管Q才会导通，其第一极才会有信号输出，也即是，当清管器产生的声波信号在管道和声波信号采集装置10上产生的振动力满足预设条件时(例如：该振动力足够大时)，晶体管Q的第一极才会有信号输出，此时，可以根据输出的信号确定清管器运行到该声波信号采集装置所在位置，进而实现对清管器位置的监测。

综上所述，本实用新型实施例提供的声波信号采集装置，通过声波信号采集模块接收清管器产生的声波信号，将声波信号转换为电压信号，并向信号处理模块输出电压信号，信号处理模块对该电压信号进行放大和滤波处理，并输出处理后的电压信号，该处理后的电压信号能够指示清管器的位置，进而实现对清管器位置的监测，相对于相关技术，在使用该声波信号采集装置时无需对管道开孔，不会造成管道的气质泄漏，保证了管道的密闭性，进而保证了管道的输送能力。

本实用新型还提供了一种清管器通过指示器，如图5所示，该清管器通过指示器1可以包括：电缆11、主控芯片12和上述声波信号采集装置10。

声波信号采集装置10通过电缆11与主控芯片12连接，声波信号采集装置10用于接收清管器产生的声波信号，将声波信号转换为电压信号，并通过电缆11向主控芯片12输出处理后的电压信号。

主控芯片12用于根据处理后的电压信号确定清管器的位置。可选地，该主控芯片12具有负责采集信号的采集通道的选择、量程转换控制、数据采集与存储、液晶声光显示控制、实时时钟管理和发送远传模块指令等功能。当清管器通过清管器通过指示器1的位置时，清管器产生的声波信号被声波信号采集装置10接收、转换并处理后，该主控芯片12能够对该处理后的信号进行分析和判断，然后将判断结果记录在存储器中，并在显示屏实现显示清管器的位置。同时，该清管器通过指示器1能够通过与通用分组无线服务技术(英文：General Packet Radio Service；缩写：GPRS)和控制***连接，以进一步提高监测清管器位置的准确性。

请继续参考图2，图2为清管器通过指示器的等效电路，图2中Cc为电缆的等效电容，单位为F，Ui和U0分别为信号处理模块的输入电压和输出电压，单位均为伏(英文：V)。

根据图2的连接方式，该输出电压U0的计算公式为：

其中，U为电压转换子模块Ue转换后的电压信号的电压，单位为V，R为Rd与Ri的并联等效电阻，Rd为压电晶片的漏电阻，单位为Ω，C为Cc与Ci的并联等效电容。

相关技术中，一般通过机械式清管通过指示器、电子式清管通过指示器和非***式声波式清管通过指示器监测清管器的位置。使用机械式清管通过指示器监测清管器的位置时，需要在管道上开孔，但是对管道开孔容易引起管道的气质泄漏，使管道的密闭性受到影响，并且，机械式清管通过指示器只能安装在管道的进出站球筒上。使用电子式清管通过指示器监测清管器的位置时，需要对清管器进行改造，并在改造后的清管器上安装信号发射器，且需要在管道沿途上安装信号接收机，导致监测清管器的位置的成本较高。使用非***式声波式清管通过指示器监测清管器的位置时，采用电容式传感器采集清管器在管道中工作时产生的声波信号，其采集声波信号时对环境具有较高的要求，采集到的声波信号的质量容易受到环境干扰，导致其采集的信号的准确性较低，非***式声波式清管通过指示器对清管器位置监测的误报率增大，使得监测清管器位置的可靠性降低。

综上所述，本实用新型实施例提供的清管器通过指示器，通过声波信号采集装置中的声波信号采集模块接收清管器产生的声波信号，将声波信号转换为电压信号，并向信号处理模块输出电压信号，信号处理模块对该电压信号进行放大和滤波处理，并输出处理后的电压信号，该处理后的电压信号能够指示清管器的位置，进而实现对清管器位置的监测，相对于相关技术，在使用该声波信号采集装置时无需对管道开孔，不会造成管道的气质泄漏，保证了管道的密闭性，进而保证了管道的输送能力。且无需在管道上安装信号发射器和信号接收机等器件，相对地降低了监测清管器的位置的成本。同时，由于声波信号采集装置中的信号处理模块能够对电压信号进行滤波处理，能够降低环境等干扰因素对采集的信号的准确性的干扰，能够有效地提高监测清管器位置的可靠性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种声波信号采集装置，其特征在于，所述装置包括：

声波信号采集模块和信号处理模块；

所述声波信号采集模块的输出端与所述信号处理模块的输入端连接，所述声波信号采集模块用于接收清管器产生的声波信号，将所述声波信号转换为电压信号，并向所述信号处理模块输出所述电压信号；

所述信号处理模块，用于对所述电压信号进行放大和滤波处理，并输出处理后的电压信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述声波信号采集模块为由压电陶瓷材料制成的压电晶片。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述压电晶片包括：第一隔直电容、漏电阻和电压转换子模块；

所述第一隔直电容的一端与所述电压转换子模块的一端连接，所述第一隔直电容的另一端与第一输出节点连接；

所述漏电阻的一端与所述第一输出节点连接，所述漏电阻的另一端与所述电压转换子模块的另一端连接；

所述电压转换子模块用于将所述声波信号对所述电压转换子模块的受力面产生的力转换为电压信号。

4.根据权利要求1至3任一所述的装置，其特征在于，所述信号处理模块，包括：依次串联的交流放大子模块、滤波子模块、自动增益控制子模块和滞回比较子模块；

所述交流放大子模块的第一输入端与第一输出节点连接，所述交流放大子模块的第二输入端与第一输入节点连接，所述交流放大子模块的输出端与第二输出节点连接，所述交流放大子模块用于对所述声波信号采集模块输出的电压信号进行交流放大；

所述滤波子模块的第一输入端与所述第二输出节点连接，所述滤波子模块的第二输入端与所述第一输入节点连接所述滤波子模块的输出端与第三输出节点连接，所述滤波子模块用于对交流放大后的电压信号进行滤波；

所述自动增益控制子模块的第一输入端与所述第三输出节点连接，所述自动增益控制子模块的第二输入端接入高电平，所述自动增益控制子模块的输出端与第四输出节点连接，所述自动增益控制子模块用于对滤波后的电压信号进行二次放大；

所述滞回比较子模块的第一输入端与所述自动增益控制子模块的第二输入端连接，所述滞回比较子模块的第二输入端与所述第四输出节点连接，所述滞回比较子模块的输出端与第五输出节点连接，所述滞回比较子模块用于将二次放大后的电压信号进行二次滤波，并输出二次滤波后的电压信号。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述交流放大子模块，包括：第一限流电阻、第二隔直电容、第一反馈电阻和第一放大器；

所述第一限流电阻的一端与所述第一输出节点连接，所述第一限流电阻的另一端与所述第二隔直电容的一端连接；

所述第二隔直电容的另一端与第一反相端节点连接；

所述第一反馈电阻的一端与所述第一反相端节点连接，另一端与所述第二输出节点连接；

所述第一放大器的反相端与所述第一反相端节点连接，所述第一放大器的同相端与所述第一输入节点连接，所述第一放大器的输出端与所述第二输出节点连接。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述滤波子模块，包括：第二限流电阻、第二反馈电阻、第三隔直电容、第一反馈电容、第三反馈电阻和第二放大器；

所述第二限流电阻的一端与所述第二输出节点连接，另一端与第二输入节点连接；

所述第二反馈电阻的一端与所述第一输入节点连接，另一端与所述第二输入节点连接；

所述第三隔直电容的一端与所述第二输入节点连接，另一端与第二反相端节点连接；

第一反馈电容的一端与所述第二输入节点连接，另一端与所述第三输出节点连接；

所述第三反馈电阻的一端与所述第二反相端节点连接，另一端与所述第三输出节点连接；

所述第二放大器的反相端与所述第二反相端节点连接，所述第二放大器的同相端与所述第一输入节点连接，所述第二放大器的输出端与所述第三输出节点连接。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述自动增益控制子模块，包括：第三限流电阻、第四限流电阻、第一滤波电阻、第一分压电阻、第二分压电阻、第四反馈电阻、第二滤波电阻、第四隔直电容、第一滤波电容、第二滤波电容、第三滤波电容和第三放大器；

所述第三限流电阻的一端与所述第三输出节点连接，另一端与所述第四隔直电容的一端连接；

所述第四隔直电容的另一端与第三反相端节点连接；

所述第四反馈电阻的一端与所述第三反相端节点连接，另一端与所述第四输出节点连接；

所述第四限流电阻的一端接入高电平，另一端与同相端节点连接；

所述第一滤波电容的一端、所述第二滤波电容的一端和所述第一滤波电阻的一端均与所述同相端节点连接，所述第一滤波电容的另一端、所述第二滤波电容的另一端和所述第一滤波电阻的另一端均接地；

所述第二分压电阻的一端与所述同相端节点连接，另一端与第四反相端节点连接；

所述第一分压电阻的一端与所述第四反相端节点连接，另一端与使能信号端连接，在所述使能信号端上加载高电平信号时，所述第三放大器不工作，在所述使能信号端上加载低电平信号时，所述第三放大器工作；

所述第二滤波电阻的一端和所述第三滤波电容的一端均与所述第四反相端节点连接，所述第二滤波电阻的另一端和所述第三滤波电容的另一端均接地；

所述第三放大器的反相输入端与所述第三反相端节点连接，所述第三放大器的同相输入端与所述同相端节点连接，所述第三放大器的输出端与所述第四输出节点连接。

8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述滞回比较子模块，包括：第五限流电阻、第五反馈电阻、第六反馈电阻、第六限流电阻、下拉电阻、上拉电阻、晶体管和第四放大器；

所述第五限流电阻的一端与所述第四输出节点连接，另一端与所述第四放大器的同相输入端连接；

所述第五反馈电阻的一端与第四反相端节点连接，另一端与所述第六反馈电阻的一端连接，所述；

所述第六反馈电阻的另一端与所述第五输出节点连接；

所述第六限流电阻的一端与所述第四放大器的输出端连接，另一端与控制节点连接；

所述下拉电阻的一端与所述控制节点连接，另一端接地；

所述上拉电阻的一端与所述第五输出节点连接，另一端接入高电平；

所述晶体管的控制端与所述控制节点连接，所述晶体管的第一级与所述第五输出节点连接，所述晶体管的第二级接地；

所述放大器的反相输入端与所述第四反相端节点连接。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：外壳，所述声波信号采集模块和所述信号处理模块固定设置在所述外壳内。

10.一种清管器通过指示器，所述清管器通过指示器包括：电缆、主控芯片和权利要求1至9任一所述的声波信号采集装置；

所述声波信号采集装置通过所述电缆与所述主控芯片连接，所述声波信号采集装置用于接收清管器产生的声波信号，将所述声波信号转换为电压信号，并通过所述电缆向所述主控芯片输出处理后的电压信号；

所述主控芯片用于根据所述处理后的电压信号确定所述清管器的位置。