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申请/专利权人：中国水利水电科学研究院

摘要：本发明公开了一种基于低频声音脉冲的堤坝白蚁巢穴定位的装置；包括有若干声音探测传感器、若干供电和数据传输电缆、数据采集放大器、直流电源、USB信号线、笔记本电脑和定位解算处理软件系统；若干声音探测传感器布置点远离单一直线；若干供电和数据传输电缆以数据采集放大器为中心，星形连接若干声音探测传感器；直流电源为数据采集放大器供电；数据采集放大器带高频计时器，接收声音探测传感器信号并进行放大，暂存并向外传输时域信号；USB信号线将数据采集放大器信号传递给笔记本电脑；笔记本电脑对数据进行存储并通过定位解算处理软件系统进行解算，找到不同传感器源头检测的同一低频声音脉冲信号，并根据同源中同一脉冲信号的时滞计算距离差，实现对低频声波数据信号源即白蚁巢穴的定位。

主权项：1.一种基于低频声音脉冲的堤坝白蚁巢穴定位装置，其特征在于，包括在堤坝的迎水坡和背水坡埋设有若干声音探测传感器，布设间距和位置根据堤坝顶部体型大小进行调节，声音传感器通过若干供电和数据传输电缆与数据采集放大器连接，数据采集放大器采用线缆将数据传输给计算机系统，最后利用计算机系统定位解算处理软件综合分析，实现数据的实时处理和对白蚁巢穴的有效定位；所述声音探测传感器外部包括不锈钢防水外壳和尾部安装器；内部包含压电元件、弹簧和质量块；所述声音探测传感器的尺寸为直径40mm，长度100mm；主要技术指标包括灵敏度1Vg，频率范围0.1-5000Hz，探测声强为100dB内，适用温度-30~+80℃，采样率达20kHz；数据采集放大器内置100倍放大器将信号放大，同时兼顾存储功能，支持大容量优盘数据存储，记录并保存连续数据，数据存储格式有二进制和Access文件，方便获取采集信号特征；数据采集放大器带有高频采样率，可达20kHz，信号探测可达毫伏级，进一步将电压信号转化为数字信号传输到计算机系统；数据采集放大器可实现滤波处理，降低干扰，从而确定声源信号的幅频响应；数据采集放大器提供32位模数转换的信号处理能力，同时内置自检功能，实现软件运行与系统健康状态诊断，并支持时间同步，确保定位准确；基于标准以太网通信，TCPIP协议自动传导实现网络传输连续数据；数据采集放大器与基于Windows操作平台的定位解算处理软件相互结合，实现数据实时分析处理和白蚁巢穴的有效定位；信号适当处理后，通过测量输入声音脉冲与不同位置传感器接收的同一信号源的时间差，自动分析定位，最后根据实际情况多次探测确保白蚁巢穴定位准确；传感器内部包括压缩元件、质量块、弹簧，当声音探测传感器受到冲击振动时，压电元件受质量块惯性力的作用，此惯性力是加速度的函数；设质量块作用于压电元件的力为F上，支座作用于压电元件的力为F下，加速度对质量块起作用，通过测量质量块的位移、质量块对框架的作用力或保持其位置不变所需要得力来得出加速度值；加速度质量块产生的力与弹簧位移之间的关系为： F=ma=kx，其中，k为弹簧的弹性系数，x为质量块对加速度计框架的位移，m为质量块质量，a为加速度；根据压电方程：Q=dma，d为压电应变常数，声音探测传感器即将振动信号转换成一个可衡量的电信号，进一步地转化为数字信号，传输给计算机系统；假设四个声音探测传感器测点的坐标位置分别为（x1，y1，z1，（x2，y2，z2，（x3，y3，z3，（x4，y4，z4，白蚁巢穴声源位置为（x0，y0，z0，为未知，设第p个测点到声源的距离为Sp： 根据各测点之间时间差与距离差的关系列出方程，即 式中，堤坝白蚁声波传播速度为c，三组时间差、、分别由t2-t1、t3-t2、t4-t3计算而得，通过三个有效方程即可获得白蚁空间位置坐标，即声源位置，从而实现白蚁巢穴定位。

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