一种基于PCCP爆管预警监测信号的船池实验系统.pdf

一种基于PCCP爆管预警监测信号的船池实验系统。其包括水下扬声器、功率放大器、声源播放器、水听器、音频采集卡、采集计算机和电源；水下扬声器为安装在船池中水面之下的音频播放装置，其通过功率放大器与声源播放器相连接；声源播放器为音频信号播放装置；功率放大器为音频放大器，用于为水下扬声器提供足够的功率；水听器为安装在船池中水面之下的水下声信号的采集装置，其通过音频采集卡与采集计算机相连接，电源为水听器的电源，其与水听器相连接。本发明的基于PCCP爆管预警监测信号的船池实验系统采用结构设计合理、使用方便、适用性强等优点，能够为后期断丝声信号在PCCP内长距离传播提供实验支持。

权利要求书
1.  一种基于PCCP爆管预警监测信号的船池实验系统，其特征在于：所述的基于PCCP爆管预警监测信号的船池实验系统包括：
水下扬声器(1)、功率放大器(2)、声源播放器(3)、水听器(4)、音频采集卡(5)、采集计算机(6)和电源(7)；其中：水下扬声器(1)为安装在船池中水面(8)之下的音频播放装置，其通过功率放大器(2)与声源播放器(3)相连接；声源播放器(3)为音频信号播放装置，用于生成实验所需要的声信号；功率放大器(2)为音频放大器，用于为水下扬声器(1)提供足够的功率；水听器(4)为安装在船池中水面(8)之下的水下声信号的采集装置，其通过音频采集卡(5)与采集计算机(6)相连接，电源(7)为水听器(4)的电源，其与水听器(4)相连接。

2.  根据权利要求1所述的基于PCCP爆管预警监测信号的船池实验系统，其特征在于：所述的水下扬声器(1)选用浙江金华天阳电子有限公司生产的JX00A型水下扬声器，该扬声器由两个直径*高87mm的圆柱组成，重量为1.6千克，声源数3个，声源方向数为2个。

3.  根据权利要求1所述的基于PCCP爆管预警监测信号的船池实验系统，其特征在于：所述的声源播放器(3)采用一台具有声卡的计算机。

4.  根据权利要求1所述的基于PCCP爆管预警监测信号的船池实验系统，其特征在于：所述的音频采集卡(5)为USB音频采集卡，其通过USB接口与采集计算机(6)相连接。

说明书一种基于PCCP爆管预警监测信号的船池实验系统
技术领域
本发明属于PCCP道预警监测技术领域，特别是涉及一种基于PCCP爆管预警监测信号的船池实验系统。
背景技术
预应力钢筒混凝土管即PCCP的生产和使用有很长的历史。最早设计并制造预应力钢筒混凝土管的是法国邦纳管道公司。到了20世纪40年代，欧美国家也开始纷纷开发和制造预应力钢筒混凝土管。美国作为世界上最大的预应力钢筒混凝土管生产和使用国家，到今已经使用的预应力钢筒混凝土管管道的长度长达28000KM，其中最大的预应力钢筒混凝土管道直径达7.6米。
传统的预应力钢筒混凝土管防护的主要方法是人工检查，如听声法和人眼观察法。预应力钢筒混凝土管故障检测的还有远场涡流/变压器耦合(RFEC/TC)，基于水听器的声学检测和声光纤检测(AFO)等方法。RFEC/TC法需要在检测前排空管道内的水，因此会消耗大量的人力和物力。此外，RFEC/TC法是一种离线检验方法，效率较低。声光纤检测法是一种高准确度的实时检测方法，但是该方法成本高，且于在役的预应力钢筒混凝土管道很难再安装声光纤，只能应用于新建的管道。由于水听器对检测声信号灵敏度高，而且只需要在管道内每隔一定距离布设一个水听器即可，所以基于水听器的检测方法不仅检测精度高而且安装方便。该方法相对其他几种检测方法有明显的优势，在预应力钢筒混凝土管道破损检测方面有很广泛的应用前景。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于PCCP爆管预警监测信号的船池实验系统。
为了达到上述目的，本发明提供的基于PCCP爆管预警监测信号的船池实验系统包括：水下扬声器、功率放大器、声源播放器、水听器、音频采集 卡、采集计算机和电源；其中：水下扬声器为安装在船池中水面之下的音频播放装置，其通过功率放大器与声源播放器相连接；声源播放器为音频信号播放装置，用于生成实验所需要的声信号；功率放大器为音频放大器，用于为水下扬声器提供足够的功率；水听器为安装在船池中水面之下的水下声信号的采集装置，其通过音频采集卡与采集计算机相连接，电源为水听器的电源，其与水听器相连接。
所述的水下扬声器选用浙江金华天阳电子有限公司生产的JX00A型水下扬声器，该扬声器由两个直径*高87mm的圆柱组成，重量为1.6千克，声源数3个，声源方向数为2个。
所述的声源播放器采用一台具有声卡的计算机。
所述的音频采集卡为USB音频采集卡，其通过USB接口与采集计算机相连接。
本发明提供的基于PCCP爆管预警监测信号的船池实验系统采用结构设计合理、使用方便、适用性强等优点，能够为后期断丝声信号在PCCP内长距离传播提供实验支持。
附图说明
图1为本发明提供的基于PCCP爆管预警监测信号的船池实验系统的结构示意图。
图2为原始断丝声信号波形及滤波之后的断丝波形。
图3为断丝声信号传播衰减曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的基于PCCP爆管预警监测信号的船池实验系统进行详细说明。
针对已有技术的情况，本发明人在对PCCP作了大量的前期研究后，提出了基于水听器的PCCP断丝检测系统，其原理是对PCCP道的声信号实时在 线检测，识别其中的断丝信号，利用断丝信号实现PCCP道爆管的预警；要监视和识别断丝信号，就必须首先掌握在PCCP道中声信号的传播特点和规律，船池的环境虽然与实际的PCCP道环境有所不同，但是船池也有一定的代表性，在船池实验中，主要针对以下两个方案，第一，测量模拟的断丝声信号在船池中的衰减曲线；第二，测量模拟的单频声信号在船池中的传播衰减曲线。
如图1所示，本发明提供的基于PCCP爆管预警监测信号的船池实验系统包括：水下扬声器1、功率放大器2、声源播放器3、水听器4、音频采集卡5、采集计算机6和电源7；其中：水下扬声器1为安装在船池中水面8之下的音频播放装置，其通过功率放大器2与声源播放器3相连接；声源播放器3为音频信号播放装置，用于生成实验所需要的声信号；功率放大器2为音频放大器，用于为水下扬声器1提供足够的功率；水听器4为安装在船池中水面8之下的水下声信号的采集装置，其通过音频采集卡5与采集计算机6相连接，电源7为水听器4的电源，其与水听器4相连接；
水下扬声器1、功率放大器2和声源播放器3为声信号的发送部分，水听器4、音频采集卡5、采集计算机6和电源7为声信号的接收部分；
声信号的发送主要通过功率放大器2和水下扬声器1来实现的，声信号的采集主要是通过音频采集卡5实现的；
所述的水下扬声器1选用浙江金华天阳电子有限公司生产的JX00A型水下扬声器，该扬声器由两个直径*高87mm的圆柱组成，重量为1.6千克，声源数3个，声源方向数为2个。
所述的声源播放器3采用一台具有声卡的计算机。
所述的音频采集卡5为USB音频采集卡，其通过USB接口与采集计算机6相连接。
本发明提供的基于PCCP爆管预警监测信号的船池实验系统的实验结果：
实验中首先用水下扬声器1播放断丝声信号，并在船池的不同位置对断丝声信号进行测量，原始的断丝声信号时域图及频域图如图2所示；
从图中可以看到，PCCP的真实断丝声信号的有效时间非常短，只有200毫秒左右。
表1反映了断丝声信号在船池中传播的结果，从表1中可以看出，尽管断丝声信号在船池中传播100米之后，信号幅度有较大程度的衰减，但是断丝声信号相对于其它噪声声信号还是很明显的。
表1断丝声信号在船池中传播的结果

图3为断丝声信号传播衰减曲线图，如图3所示的声信号传播衰减曲线说明，首先声信号都是在最初传播的10-20米范围内有很大的衰减，虽然在20米到100米的范围内也有衰减，但是其衰减的幅度已经比较小了。
船池实验的结果表明，断丝声信号在传播100米之后，尽管声信号的幅度有较大的衰减，但是断丝声信号的信噪比还是很明显的，因此为后期断丝声信号在PCCP内长距离传播提供了实验支持。