无线传输信号的管网监测装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201922024501.4 (22)申请日 2019.11.21 (73)专利权人 重庆化工职业学院 地址 400020 重庆市江北区嘉陵四村100号 (72)发明人 王正冉隆毅贾学增何勇 (74)专利代理机构 西安研创天下知识产权代理 事务所(普通合伙) 61239 代理人 郭璐 (51)Int.Cl. G08C 17/02(2006.01) G01D 21/02(2006.01) F17D 5/00(2006.01) (54)实用新型名称 一种无线传输信号的管网监测装置 (。

2、57)摘要 本实用新型涉及一种无线传输信号的管网 监测装置， 利用FSK载波通信方式把管道作为信 道载体传输监测数据、 相邻监测点进行比较及准 确判断， 包括信号发生器、 信号接收器、 控制器组 成， 当传感器采集到信号， 通过自身的处理单元 将其信号经过放大、 滤波处理、 加密编号， 发送给 第一控制模块， 通过第一控制模块整理后， 发送 给信号发生器， 通过第一控制模块把其加载到管 道上进行传输， 信号接收器接收到信号进行解 密、 滤波等处理， 再把信号送到第二控制模块进 行数据比较、 整理， 得到一个准确的监测数据。 本 实用新型在不需要信号传输电缆与无线网络的 前提下， 能够有效传输传。

3、感器监测的信号到距离 较远的控制器， 避免人为破坏电缆且有效提高施 工效率。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 210488777 U 2020.05.08 CN 210488777 U 1.一种无线传输信号的管网监测装置， 其特征在于， 包括监控中心， 以及与监控中心无 线连接的若干个控制终端， 每个控制终端分别设置在输油管道上的调压泵站处， 在每个调 压泵站的前端均设置有信号监测组件， 所述信号监测组件通过FSK通讯模块与控制终端连 接， 且相邻的控制终端之间也通过FSK通讯模块连接。 2.根据权利要求1所述的一种无线传输信号的管网监测装置， 其特征在于， 所述信号监 测组件包括。

4、至少四个单监测点， 且相邻单监测点之间相距500米， 每个单监测点均包括第一 控制模块， 以及分别与第一控制模块连接的信号采集器和信号发生器， 所述第一控制模块 通过FSK通讯模块与控制终端连接。 3.根据权利要求2所述的一种无线传输信号的管网监测装置， 其特征在于， 所述信号采 集器包括压力传感器、 温度传感器、 流量计， 所述压力传感器、 温度传感器、 流量计分别与第 一控制模块连接。 4.根据权利要求2所述的一种无线传输信号的管网监测装置， 其特征在于， 所述单监测 点与单监测点之间、 所述信号监测组件与信号监测组件之间之间均通过FSK通讯模块连接， 用于进行信号的传输。 5.根据权利要。

5、求1所述的一种无线传输信号的管网监测装置， 其特征在于， 所述控制终 端包括与第一控制模块连接的信号接收器， 以及与信号接收器连接的第二控制模块， 以及 与第二控制模块连接的声光报警单元， 所述第二控制模块与监控中心无线连接。 权利要求书 1/1 页 2 CN 210488777 U 2 一种无线传输信号的管网监测装置 技术领域 0001 本实用新型涉及管道泄漏特性研究领域， 具体为一种无线传输信号的管网监测装 置。 背景技术 0002 管道的安全运行是管道管理的重要组成部分， 在所有危及管道安全的事故中， 无 论是经济损失还是对环境的破坏程度， 管道泄漏事故的危害是最大的， 而可靠的泄漏检测。

6、 技术在管道运行管理中显得尤为重要。 由于社会条件复杂， 人为打孔盗油、 第三方施工破 坏、 操作失误、 自然灾害、 自然腐蚀等都是形成管道泄漏事故的主要原因， 如果泄漏后及时 发现泄漏并能准确的确定泄漏位置对降低经济损失， 减少对环境的污染及其重要。 虽然在 国内外对管道泄漏检测技术各类方法进行分析研究， 并尝试应用在各条输油管线上， 也有 很多成功的案例， 但其中不乏问题的出现， 例如： 虚警率高、 漏警率高、 定位精度误差过大等 问题， 管道运输是作为石油运输最主要工具， 如何实现管道的实时监测显得尤为重要。 实用新型内容 0003 有鉴于此， 本实用新型提供了一种无线传输信号的管网监测。

7、装置。 0004 具体的， 本实用新型的技术方案如下： 0005 一种无线传输信号的管网监测装置， 0006 包括监控中心， 以及与监控中心无线连接的若干个控制终端， 每个控制终端分别 设置在输油管道上的调压泵站处， 在每个调压泵站的前端均设置有信号监测组件， 所述信 号监测组件通过FSK通讯模块与控制终端连接， 且相邻的控制终端之间也通过FSK通讯模块 连接。 0007 优选的， 所述信号监测组件包括至少四个单监测点， 且相邻单监测点之间相距500 米， 每个单监测点均包括第一控制模块， 以及分别与第一控制模块连接的信号采集器和信 号发生器， 所述第一控制模块通过FSK通讯模块与控制终端连接。

8、。 0008 优选的， 所述信号采集器包括压力传感器、 温度传感器、 流量计， 所述压力传感器、 温度传感器、 流量计分别与第一控制模块连接。 0009 优选的， 所述单监测点与单监测点之间、 所述信号监测组件与信号监测组件之间 之间均通过FSK通讯模块连接， 用于进行信号的传输。 0010 优选的， 所述控制终端包括与第一控制模块连接的信号接收器， 以及与信号接收 器连接的第二控制模块， 以及与第二控制模块连接的声光报警单元， 所述第二控制模块与 监控中心无线连接。 0011 与现有技术相比， 本实用新型具有有益效果： 本实用新型利用调压泵站前后端多 个压力传感器、 温度传感器与流量计共同对。

9、管道状态的监测来判断管道内部流体是否出现 异常， 以及出现异常情况是因工况调整造成还是泄漏造成， 同时多个压力传感器、 温度传感 器与流量计采集的信号通过FSK通讯模块以FSK载波形式加载到管道上进行信号传输， 能够 说明书 1/5 页 3 CN 210488777 U 3 有效传输传感器检测的信号到距离较远的控制终端， 避免人为破坏电缆且有效提高施工效 率； 其次， 在本实用新型中信号监测组件之间是相互通信的， 在控制终端进行信号处理时， 比较多个单监测点、 信号监测组件数据， 构成一个传感网络模式， 并将处理后的数据反馈到 监控中心的主机上， 可直观的了解管道的安全情况。 附图说明 001。

10、2 为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案， 下面将对实施例中所需要使用 的附图作简单地介绍， 应当理解， 以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例， 因此不应被 看作是对范围的限定， 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相关的附图。 0013 图1为本实施例公开的一种无线传输信号的管网监测装置的结构示意图； 0014 图2为本实施例公开的一种无线传输信号的管网监测装置的各模块之间的连接框 图； 0015 图3为本实施例公开的一种无线传输信号的管网监测装置的单监测点与控制终端 之间的连接框图； 0016 图4为本实施例公开的一种无线传输信号。

11、的管网监测装置的单监测点的第一控制 模块的电路图； 0017 图5为本实施例公开的一种无线传输信号的管网监测装置的信号采集器的前端电 路原理图； 0018 图6为本实施例公开的一种无线传输信号的管网监测装置的FSK载波通讯模块的 直接调频法电路原理图； 0019 图7为本实施例公开的一种无线传输信号的管网监测装置的FSK通讯模块的FSK载 波信号接收原理图； 0020 图8为泄漏点本实施例公开的一种无线传输信号的管网监测装置中负压波原理的 检测与定位原理图。 0021 其中： 1、 监控中心； 2、 控制终端； 3、 调压泵站； 4、 信号监测组件； 5、 管道； 6、 负压波 流速； 7、 。

12、FSK通讯模块； 8、 单监测点； 201、 信号接收器； 202、 第二控制模块； 203、 声光报警装 置； 801、 信号采集器； 802、 第一控制模块； 803、 信号发生器。 具体实施方式 0022 应该指出， 以下详细说明都是例示性的， 旨在对本申请提供进一步的说明。 除非另 有指明， 本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常 理解的相同含义。 0023 需要注意的是， 这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式， 而非意图限制根 据本申请的示例性实施方式。 如在这里所使用的， 除非上下文另外明确指出， 否则单数形式 也意图包括复数形式， 此外， 还应。

13、当理解的是， 当在本说明书中使用术语 “包含” 或 “包括” 时， 其指明存在特征、 步骤、 操作、 器件、 组件或它们的组合。 0024 参照图1和图2所示， 本实用新型具体公开了一种无线传输信号的管网监测装置， 包括监控中心1， 以及与监控中心1无线连接的若干个控制终端2， 每个控制终端2分别设置 说明书 2/5 页 4 CN 210488777 U 4 在输油管道5上的调压泵站3处， 在每个调压泵站3的前端均设置有信号监测组件4， 所述信 号监测组件4通过FSK通讯模块7与控制终端2连接， 且相邻的控制终端2之间也通过FSK通讯 模块7连接。 0025 上述所述的信号监测组件4包括至少四。

14、个单监测点8， 且相邻单监测点8之间相距 500米， 每个单监测点8均包括第一控制模块802， 以及分别与第一控制模块802连接的信号 采集器801和信号发生器803， 所述第一控制模块802与控制终端2连接， 所述信号采集器801 包括压力传感器、 温度传感器、 流量计； 所述控制终端2包括与第一控制模块802连接的信号 接收器201， 以及与信号接收器201连接的第二控制模块202， 以及与第二控制模块202连接 的声光报警单元203， 所述第二控制模块202与监控中心1无线连接。 0026 上述所述的压力传感器、 温度传感器及流量计信号牌检测的前端电路原理图如图 5， 其中， JP1为传。

15、感器接口， 由于后端的放大电路图容易受到静电破坏， 采用D4、 D8、 EFD模 块、 TVS管能够很好的防止外界带来的静电， 电路中电容起到一个滤波作用， 用来滤除高频 率噪声信号。 0027 上述所述的压力传感器、 温度传感器及流量计用于采集管网的压力、 温度及流量 信号， 将采集的信号经过放大、 滤波处理及加密编码后， 发送给第一控制模块， 所述第一控 制模块采用的是ATmega16L单片机， 其电路原理图如图4， 该单片机基于增强的AVR RISC结 构的具有六种睡眠模式的低功耗8位CMOS微控制器， 它具有先进的指令集以及单时钟周期 指令执行时间， ATmega16L的数据吞吐率高达。

16、1MIPS/MHz， 因此可减缓系统在功耗和处理速 度之间的矛盾； 该单片机具有自带10位的ADC， 所以PA0的八个端口全部与采样端口并行连 接完成采样， 主要作为备份来用。 其中， PB4-PB7端口是以SPI方式与AD7689进行数据交换的 接口， 端口RXD、 TXD是通信接口， 端口TCK、 TMS、 TDO、 TDI与RESET是调试时的JTAG和复位电路 接口， 支持在线调试与近端调试。 所述第一控制模块802将接收的压力/温度/流量信号发给 信号发生器803， 经过信号发生器803处理后， 由第一控制模块802将其信号通过FSK通讯模 块7以FSK载波形式加载到管道5内传输给就。

17、近的控制终端， 由信号接收器803对其接收的信 号进行解密、 滤波处理， 通过第二控制模块202对多个单监测点8或多个信号监测组件4发送 的数据进行比较、 整理， 得到一个准确的监测数据， 并将该数据反馈给监控中心1的主机上。 0028 如图6所示， 由于单监测点8的第一控制模块802的控制范围内有四个传感器， 每个 传感器之间相距500米， 为了把传感器采集到的信号准确、 及时返回给节点控制器， 以及传 感器之间数据的传递， 采用FSK载波通信方式进行数据信号的传递， 输油管道作为通信管 道， 利用直接调频法产生一个FSK载波信号， 加载到输油管道上进行传输， 在第一控制模块 802一端设置。

18、一个信号解调器接收FSK载波信号发送给第一控制模块802的相关信号处理电 路。 0029 如图7所示为MC3362组成的FSK载波信号接收机原理图， 采用MC3362集成模块所设 计的接收机。 将接收的管网电压、 温度、 流量等信号以FSK载波信号方式在输油管道内流动， 达到传输的目的。 0030 所述单监测点4与单监测点4之间、 所述信号监测组件8与信号监测组件8之间之间 均通过FSK通讯模块连接， 所述单监测点4之间、 信号监测组件8之间相互通信， 在控制终端 进行信号处理时， 比较多个单监测点、 信号监测组件的数据， 构成一个传感网络模式， 经过 多组数据对比整理， 得到一个准确的监测数。

19、据， 用于反映具体位置的压力、 温度计流速情 说明书 3/5 页 5 CN 210488777 U 5 况， 用于准确判断出泄漏位置。 0031 本实用新型基于负压波进行管道泄漏检测， 其负压波原理： 0032 当输油管道内流体因某种原因突然发生泄漏时， 由于管内物质的压力一般远大于 管外的大气压力， 在管道内外差压的作用下管内的物质从漏点处迅速流失， 因漏点处相邻 两侧区域的压力高于漏点处的压力， 这种差压造成漏点上下游的物质迅速向漏点区域进行 填补， 从而又引起两侧的流体密度减小与压力下降， 这种从漏点处沿管道依次向上下游方 向扩散的现象， 叫做负压波。 0033 负压波传播的速度在不同规。

20、格的管道中各不相同， 一般都在1000-2000m/s这个范 围内， 当输油管道内物质突然发生泄漏时， 安装在管道两端的压力传感器就会检测到带着 泄漏信息(泄漏量、 压力等)的负压波信号， 此信号可在管道的波导作用下传播到距离数十 公里的管道两端。 通过对检测到信号进行分析与处理， 根据传感器捕捉到特定的瞬态压力 降的波形进行泄漏判断， 漏点精确定位是根据负压波传播到管道两端的时间差和负压波的 传播速度来估算的。 0034 在输油管道检漏系统中， 管道第一泵站和第二泵站两端都装有A压力变送器和B压 力变送器， 以此来接收管道中传来的负压波信号。 检测和定位的工作原理如下图所示， 设L 为管道的。

21、长度， E为管道上的泄漏点(E点是管道上面的任意一点)， V为负压波传播速度， V0 为管道内流体流速， 一般V0比V大3个数量级以上。 0035 在图8中假设T1为漏点E处产生的负压波传到第一泵站所用的时间， T2为传到第二 泵站所用的时间， 则有： 0036 0037 当管道发生泄漏时， 其两个端点的压力会剧烈下降， 可由两个端点压力传感器所 检测到剧降的时间差T， 便可估算漏点位置， 如式(1-2)与(1-3)。 0038 0039 0040 上公式中： 0041 L管道长度(m)； 0042 X泄漏点到首端距离(m)； 0043 V管道中负压波的传播速度(m/s)； 0044 V0流体。

22、速度(m/s)； 0045 T第一泵站、 第二泵站端压力波到达时间差(s)； 0046 如果第一泵站端发生泄漏并产生负压波， 传播到第二泵站端， 则有T10， 又如第二泵站端发生泄漏并产生负压波， 传播到第一泵站端， 则有 说明书 4/5 页 6 CN 210488777 U 6 T20。 两个时间差的绝对值为由于因此产生的定位误差在管 道长度的0.1以下， 所以可忽略V0对V的影响。 由(1-3)式可简化为式(1-4) 0047 0048 若测出时间差T， 漏点E的位置即可由式(1-4)求得。 0049 负压波流速6在管道5发生泄漏或者异常变化时， 会被就近的单监测点8立刻监测 到， 再由该。

23、单监测点8出的第一控制模块802将异常信号通过FSK通讯模块7以FSK载波形式 加载到管道5上进行传输， 当就近的调压泵站3处的控制终端2中的信号接收器201接收到该 异常信号， 便送到第二控制模块202， 第二控制模块202结合多个单监测点8发回的信号进行 比较处理， 当第二控制模块202得出最终的结果为泄漏时， 则由声光报警单元203发出声光 报警信号， 且将该泄漏信号反馈给监控中心1的主机上。 说明书 5/5 页 7 CN 210488777 U 7 图1 图2 图3 说明书附图 1/4 页 8 CN 210488777 U 8 图4 图5 说明书附图 2/4 页 9 CN 210488777 U 9 图6 图7 说明书附图 3/4 页 10 CN 210488777 U 10 图8 说明书附图 4/4 页 11 CN 210488777 U 11 。