多功能墙内管线探测仪设计
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Key words：TDA0161；TTP223；wall；hidden pipeline；detection
0 引言
现今中国城乡房屋线路及管道设计都以“隐线”为 主，墙体内水管、通电线路被埋藏于墙体内，不易判断其 走向，如果原始线路分布信息丢失或者线路分布改变，盲 目施工很可能打破水管或电线，很容易带来麻烦甚至危险 （实际上这种情况时有发生）。因此，设计一种能够显示 墙体内水管及电线位置及走向的仪器来辅助装修施工很有 必要。目前，国内存在多种多样的墙体探测仪，但大都存 在精度不够、价格偏高、不能显示线路走线、体积较大不 易携带等问题；而国外引进的墙体探测仪虽然比较精确， 但价格昂贵不适合在中国民众中流通。这种状况严重制约 着国内房屋装修领域的发展步伐并影响居民生活的舒适 度[1]。基于此，本文设计开发一种便携式墙内埋藏管线探
轴向产生一个高频交变磁场H1，如果在此磁场H1范围内没 有金属导体接近，则磁场的能量会被释放；当有金属导体 接近时，交变磁场H1将在空间产生一个与之垂直的电涡流 场，此电涡流场也会在金属表层感应出一个与H1方向相反
收稿日期：2019-04-08 基金项目：合肥工业大学2018年省级大学生创新创业训练计划资助项目（2018CXCYS161）。 作者简介：陈梦婉（1997-），女，河南虞城县人，本科，研究方向：测控技术与仪器。
16
仪器仪表用户 INSTRUMENTATION
第26卷
图1 电涡流传感器基本原理图 Fig.1 Basic diagram of eddy current sensor
图3 等效电容变化情况 Fig.3 Variation of equivalent capacitance
2 水管检测
图2 导线探测电路 Fig.2 Wire detection circuit
测仪，在不损坏墙体的情况下，采用无损检测技术，以 TDA0161和TTP223芯片为主体，外接线圈和覆铜板，设计 和优化一种多传感器阵列，实现对墙体内的水管、通电线 路的有无进行判断，和线路分布及走向进行判断和显示， 为绘制线路走向提供依据。
1 导线检测
1.1 电涡流传感器原理 电涡流传感器的电感线圈部分经高频信号激励后会在
Chen Mengwan，Qiao Zhenyu，Huang An，Sang Ning，Liu Hang （School ofElectronic Engineering, HeFei University of Technology, Hefei, 230009,China）
Abstract：Aiming at the hidden pipeline inside the building wall, this paper designs and develops a portable nondestructive multifunctional wall pipeline detector based on the display path of TDA0161 and TTP223. The method has the simple structure, low cost and accurate positioning, and it can detect the hidden pipeline inside the wall (such as water pipe and wire), and The feasibility of the function was verified by experiments.
第 26 卷 第 7 期 2019 年 7 月
仪器仪表用户 INSTRUMENTATION
Vol.26 2019 No.7
多功能墙内管线探测仪设计
陈梦婉，乔振宇，黄 安，桑 宁，刘 行
（合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院，合肥 230009）
摘 要：针对建筑物墙体内部的隐蔽管线，设计开发了一种基于TDA0161和TTP223的可显示路径的便携式无损多 功能墙内管线探测仪。该方法结构简单，系统成本低且定位准确度高，可对墙壁内部隐蔽管线（如充满水的水管、 导线）进行探测，并通过实验验证了其探测的可行性。
的交变磁场H2。由于磁场H2的作用，涡流会消耗一部分能 量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化[2]，处理电路感应 到这种变化后，由此识别出墙体内有金属物体，进而控制 后续电路。电涡流传感器基本原理图如图1所示。 1.2 导线检测电路
基于TDA0161芯片设计的电路，通过检测高频涡流损 耗的变化来探测墙体内是否埋藏金属导线，图2为探测金属 电线的电路图。TDA0161前级有一个LC振荡电路，当有金 属接近时，感应线圈的交变电场在金属表面形成涡流[3]，其 对外损耗可以等效为一个并联在感应线圈的损耗电阻Rp。 在芯片2脚和4脚接入一个可调电阻，当等效损耗电阻高 于该可调电阻时（无金属接近），输出电流小于1mA，对 应输出电压为低电平，而当有金属靠近TDA0161的传感线 圈时，等效损耗电阻低于可调电阻，芯片输出电流大于 8mA，对应电压输出高电平，可点亮D2[4]。该电路输出信号 是供电电流的变化，这个电流与电源电压无关。改变L1、 C1、C2、和R1的值可以适当调节探测距离。
关键词：TDA0161；TTP223；墙壁；隐蔽管线；探测
中图分类号：TU81
文献标志码：A
DOI:10.3969/j.issn.1671-1041.2019.07.005 文章编号：1671-1041(2019)07-0015-03
The Design of the Multi-Function Internal Pipeline Detector
2.1 水管检测的原理 本设计探测墙体内埋藏水管是利用以TTP223作为核心
元件设计的一款高性价比的电路。TTP223属于电容式触摸 开关集成电路，电路设计将芯片输入引脚连接在PCB板上 一个面积稍大的覆铜焊盘，与四周结构组成感应电容，当 TTP223芯片输入引脚的输入电容值增大时（覆铜焊板需要 与被探测墙体紧密接触），对应的输出引脚将改变高低平 信号。由于液体、金属的介电常数要远大于墙壁的介电常 数[4]，所以有液体、金属时电容值明显要大于没有液体、金 属时的电容值，这也说明本设计适用于充满液体的PVC水 管和金属水管探测。
0 引言
现今中国城乡房屋线路及管道设计都以“隐线”为 主，墙体内水管、通电线路被埋藏于墙体内，不易判断其 走向，如果原始线路分布信息丢失或者线路分布改变，盲 目施工很可能打破水管或电线，很容易带来麻烦甚至危险 （实际上这种情况时有发生）。因此，设计一种能够显示 墙体内水管及电线位置及走向的仪器来辅助装修施工很有 必要。目前，国内存在多种多样的墙体探测仪，但大都存 在精度不够、价格偏高、不能显示线路走线、体积较大不 易携带等问题；而国外引进的墙体探测仪虽然比较精确， 但价格昂贵不适合在中国民众中流通。这种状况严重制约 着国内房屋装修领域的发展步伐并影响居民生活的舒适 度[1]。基于此，本文设计开发一种便携式墙内埋藏管线探
轴向产生一个高频交变磁场H1，如果在此磁场H1范围内没 有金属导体接近，则磁场的能量会被释放；当有金属导体 接近时，交变磁场H1将在空间产生一个与之垂直的电涡流 场，此电涡流场也会在金属表层感应出一个与H1方向相反
收稿日期：2019-04-08 基金项目：合肥工业大学2018年省级大学生创新创业训练计划资助项目（2018CXCYS161）。 作者简介：陈梦婉（1997-），女，河南虞城县人，本科，研究方向：测控技术与仪器。
16
仪器仪表用户 INSTRUMENTATION
第26卷
图1 电涡流传感器基本原理图 Fig.1 Basic diagram of eddy current sensor
图3 等效电容变化情况 Fig.3 Variation of equivalent capacitance
2 水管检测
图2 导线探测电路 Fig.2 Wire detection circuit
测仪，在不损坏墙体的情况下，采用无损检测技术，以 TDA0161和TTP223芯片为主体，外接线圈和覆铜板，设计 和优化一种多传感器阵列，实现对墙体内的水管、通电线 路的有无进行判断，和线路分布及走向进行判断和显示， 为绘制线路走向提供依据。
1 导线检测
1.1 电涡流传感器原理 电涡流传感器的电感线圈部分经高频信号激励后会在
Chen Mengwan，Qiao Zhenyu，Huang An，Sang Ning，Liu Hang （School ofElectronic Engineering, HeFei University of Technology, Hefei, 230009,China）
Abstract：Aiming at the hidden pipeline inside the building wall, this paper designs and develops a portable nondestructive multifunctional wall pipeline detector based on the display path of TDA0161 and TTP223. The method has the simple structure, low cost and accurate positioning, and it can detect the hidden pipeline inside the wall (such as water pipe and wire), and The feasibility of the function was verified by experiments.
第 26 卷 第 7 期 2019 年 7 月
仪器仪表用户 INSTRUMENTATION
Vol.26 2019 No.7
多功能墙内管线探测仪设计
陈梦婉，乔振宇，黄 安，桑 宁，刘 行
（合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院，合肥 230009）
摘 要：针对建筑物墙体内部的隐蔽管线，设计开发了一种基于TDA0161和TTP223的可显示路径的便携式无损多 功能墙内管线探测仪。该方法结构简单，系统成本低且定位准确度高，可对墙壁内部隐蔽管线（如充满水的水管、 导线）进行探测，并通过实验验证了其探测的可行性。
的交变磁场H2。由于磁场H2的作用，涡流会消耗一部分能 量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化[2]，处理电路感应 到这种变化后，由此识别出墙体内有金属物体，进而控制 后续电路。电涡流传感器基本原理图如图1所示。 1.2 导线检测电路
基于TDA0161芯片设计的电路，通过检测高频涡流损 耗的变化来探测墙体内是否埋藏金属导线，图2为探测金属 电线的电路图。TDA0161前级有一个LC振荡电路，当有金 属接近时，感应线圈的交变电场在金属表面形成涡流[3]，其 对外损耗可以等效为一个并联在感应线圈的损耗电阻Rp。 在芯片2脚和4脚接入一个可调电阻，当等效损耗电阻高 于该可调电阻时（无金属接近），输出电流小于1mA，对 应输出电压为低电平，而当有金属靠近TDA0161的传感线 圈时，等效损耗电阻低于可调电阻，芯片输出电流大于 8mA，对应电压输出高电平，可点亮D2[4]。该电路输出信号 是供电电流的变化，这个电流与电源电压无关。改变L1、 C1、C2、和R1的值可以适当调节探测距离。
关键词：TDA0161；TTP223；墙壁；隐蔽管线；探测
中图分类号：TU81
文献标志码：A
DOI:10.3969/j.issn.1671-1041.2019.07.005 文章编号：1671-1041(2019)07-0015-03
The Design of the Multi-Function Internal Pipeline Detector
2.1 水管检测的原理 本设计探测墙体内埋藏水管是利用以TTP223作为核心
元件设计的一款高性价比的电路。TTP223属于电容式触摸 开关集成电路，电路设计将芯片输入引脚连接在PCB板上 一个面积稍大的覆铜焊盘，与四周结构组成感应电容，当 TTP223芯片输入引脚的输入电容值增大时（覆铜焊板需要 与被探测墙体紧密接触），对应的输出引脚将改变高低平 信号。由于液体、金属的介电常数要远大于墙壁的介电常 数[4]，所以有液体、金属时电容值明显要大于没有液体、金 属时的电容值，这也说明本设计适用于充满液体的PVC水 管和金属水管探测。