專利名稱：城市供水管網泄露爆管預警系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
城市供水管網泄露爆管預警系統(tǒng)涉及供水管網泄露爆管的探測與報警系統(tǒng)，屬于 安全預警領域。
背景技術：
當前城市供水管網泄露爆管探測主要是音聽法和相關計算法。(1)音聽法的工作原理和聽漏儀的使用當管道內流體在壓力作用下泄漏時，所產生的振動波會沿著管道或地埋層介質 (如土壤，水泥等)傳播到地面，用聽音桿在管道的間井處上進行漏點預定位，然后用地面 聽音器在管道正上方確定漏點的位置，現(xiàn)場結合人的經驗判斷。(2)相關計算法原理在傳感器監(jiān)測供水管狀態(tài)的監(jiān)測網中，只要在漏點相鄰的兩個監(jiān)測點的儀器能計 算出聲波到監(jiān)測點1傳感器和監(jiān)測點2傳感器兩端的時間延遲T0 = T2-T1，就可以定位漏 點C位置
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2以上無論哪種方法，都必須現(xiàn)場操作，都必須是在泄露已經發(fā)生后，才能測量，而 無法在泄露剛開始泄露時就能預知，并且泄露和爆管都具有隨機的性質，因此更不能預防 所引發(fā)的次生災害。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一套通過傳感器和通信網絡即時自動探測和預警城市供 水管網泄露爆管的預警系統(tǒng)。供水管網在穩(wěn)定運行時，管網存在著一個最小噪音水平，這個噪音水平可以看作 供水管網的“基礎體溫”，探測這參數(shù)就能預知管網是否處于正常狀態(tài)。最小噪音水平所表 征的噪音強度往往不能被人耳所聽到，但可以用壓電陶瓷加速度傳感器探測到，因此把壓 電陶瓷加速度傳感器探測技術與GSM通訊技術結合就能實現(xiàn)對城市供水管網泄露爆管進 行探測和預警。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術方案利用聲音傳感器采集供水管網 中各監(jiān)測點的供水管噪音，利用報警控制設備管理各監(jiān)測點的設置和數(shù)據處理，利用通信 設備傳輸各監(jiān)測點的數(shù)據至報警監(jiān)測中心，采用如下方法來實現(xiàn)探測報警系統(tǒng)1)將聲音傳感器安置在供水管網的各個監(jiān)測點；2)在供水管網正常狀態(tài)時采集各個監(jiān)測點的供水管的噪音數(shù)值，并將此噪音數(shù)值 作為各監(jiān)測點的“基礎體溫”存儲在各監(jiān)測點的報警控制設備中；3)報警控制設備隨時采集當前供水管的噪音數(shù)值，并與“基礎體溫”作比較，當噪 音數(shù)值超過“基礎體溫”時，報警控制設備發(fā)出告警，通過通信設備傳輸至報警監(jiān)測中心。
其中聲音傳感器采用壓電陶瓷加速度傳感器。報警控制設備包括傳感器信號處理電路和主報警控制電路，傳感器信號處理電路 將傳感器輸出的電信號濾波、放大并模數(shù)轉換后，輸入到主報警控制電路，同時接收主報警 控制電路的指令；主報警控制電路采用單片機技術，把接收到的傳感器電信號轉換成表征 供水管當前狀況的數(shù)值——“體溫”，并與預存的表征供水管正常狀況的“基礎體溫”做比 較，當“體溫”大于“基礎體溫”時，輸出報警信息，并將此信息通過通信設備傳輸至報警監(jiān) 測中心；主報警控制電路還可以接收來自報警監(jiān)測中心的指令，完成對監(jiān)測點的設置。通信設備采用GSM的短消息業(yè)務及設施，短消息包括監(jiān)測點編號和報警數(shù)據。報警監(jiān)測中心采用配有監(jiān)控軟件的計算機，可實現(xiàn)驗證用戶身份，設置不同用戶 的權限；設置監(jiān)測點ID，SIM卡號和密碼，設置時鐘和報警點以及軟件運行參數(shù)；接收監(jiān)測 點通過GSM發(fā)送的報警信息，時間信息和檢測點的ID信息，并加以表達；提供數(shù)據庫與GIS 等接口 ；數(shù)據的查詢與應用。所述“基礎體溫”采用如下方法得到在每日凌晨1:30-2:30時段，各監(jiān)測點采集 供水管的噪音數(shù)值，取平均值后，作為各監(jiān)測點的“基礎體溫”。 采用高能鋰電池組作為報警控制設備和通信設備的電源。也可以使用二節(jié)鋰離子電池采用滴流輸電技術為報警控制設備和通信設備供電。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有的優(yōu)勢在于采用低成本、低能耗的采集監(jiān)控設備， 并采用“基礎體溫檢測技術”隨時監(jiān)測供水管網的情況。利用GSM網絡技術及時將供水管 網的情況傳給管理者，可以遠程監(jiān)測城市供水管網泄露爆管事故，實現(xiàn)對供水管網的動態(tài) 管理。另外，采用滴流輸電技術設計，保證二節(jié)鋰離子電池為各監(jiān)測點的報警控制電路和通 信設備供電2-3年。本系統(tǒng)具有較大的應用前景。
圖1是本發(fā)明城市供水管網泄露爆管預警系統(tǒng)的一優(yōu)選實施例原理示意圖；圖2是圖1所示實施例中監(jiān)測點的功能實施連接示意圖；圖3是圖1所示實施例中報警監(jiān)測中心的監(jiān)測軟件結構框圖。圖中，1、手機。
具體實施例方式下面結合附圖1-3對本發(fā)明的一優(yōu)選實施例做更詳細的描述參見圖1，將采集聲音的壓電傳感器探測電路安裝在各監(jiān)測點的供水管上。壓電傳 感器探測電路的輸出與各監(jiān)測點的報警控制設備連接；報警控制設備包括傳感器信號處理 電路、主報警控制電路、電源電路。其中，包括報警控制功能、存儲功能、顯示功能的ADAM551 單片機及其外圍電路構成了主報警控制電路；具有濾波、非線性放大電路和模數(shù)轉換電路 構成了傳感器信號處理電路；使用二節(jié)鋰離子電池采用滴流輸電技術給報警控制設備和通 信設備供電的電路構成了電源電路。報警控制設備輸出的報警信息送到通信設備，通信設 備包括GSM接口電路和GSM通訊模塊，GSM通訊模塊通過GSM網絡與報警監(jiān)測中心通信， 并且用短信的形式直接發(fā)送到管理者手機1。其中，通信設備中，GSM通訊模塊采用西門子T53i，GSM接口電路采用485接口(如圖2)；報警監(jiān)測中心為采用安裝了監(jiān)控軟件的PC機。報警控制設備中的報警控制功能由ADAM551單片機中設置的控制程序完成。報警 控制功能還能通過報警監(jiān)測中心利用GSM網絡進行設置。具體的工作流程如下壓電傳感器探測電路采用高精度的壓電加速度傳感器，把漏水的噪音信號轉成電 信號送到傳感器信號處理電路；傳感器信號處理電路接收到的泄露噪音電信號是非線性的 模擬信號，經過傳感器信號處理電路濾波、放大，并處理成標準信號，然后轉換成數(shù)字信號 輸送給主報警控制電路；主報警控制電路采用MCU單片機控制與記錄技術，對漏水噪音信 號處理和判斷，把超出預警值的數(shù)據通過GSM模塊發(fā)送到監(jiān)測中心的PC監(jiān)測軟件。電源電 路采用滴流輸電技術設計，確保所配的二節(jié)鋰離子電池能工作2-3年的壽命。通信設備中 主要包括將主報警控制電路、監(jiān)測中心與GSM通訊模塊連接的GSM接口電路，報警數(shù)據通過 發(fā)送端的GSM接口電路傳遞給GSM通訊模塊，由GSM網絡再經過接收端的GSM通訊模塊和 GSM接口電路發(fā)送到監(jiān)測中心。由安裝了監(jiān)控軟件的PC機構成監(jiān)測中心，PC機中的監(jiān)控軟件的結構見圖3所示。 監(jiān)測軟件用VB高級語言編寫，由以下五個功能模塊組成 權限管理模塊——用于驗證用戶身份，設置不同用戶的權限； 參數(shù)設置模塊——設置監(jiān)測點ID，SIM卡號和密碼，設置時鐘和報警點以及軟件 運行參數(shù)； 接收與報警模塊一一接收監(jiān)測點通過GSM發(fā)送的報警信息；時間信息和檢測點 的ID信息，并加以表達；眷數(shù)據庫管理模塊——提供數(shù)據庫與GIS等接口 ； 數(shù)據查詢與應用模塊——數(shù)據的查詢與應用。
權利要求
城市供水管網泄露爆管預警系統(tǒng)，利用聲音傳感器采集供水管網中各監(jiān)測點的供水管噪音，利用報警控制設備管理各監(jiān)測點的設置和數(shù)據處理，利用通信設備傳輸各監(jiān)測點的數(shù)據至報警監(jiān)測中心，采用如下方法來實現(xiàn)探測報警系統(tǒng)1)將聲音傳感器安置在供水管網的各個監(jiān)測點；2)在供水管網正常狀態(tài)時采集各個監(jiān)測點的供水管的噪音數(shù)值，并將此噪音數(shù)值作為各監(jiān)測點的“基礎體溫”存儲在各監(jiān)測點的報警控制設備中；3)報警控制設備隨時采集當前供水管的噪音數(shù)值，并與“基礎體溫”作比較，當噪音數(shù)值超過“基礎體溫”時，報警控制設備發(fā)出告警，通過通信設備傳輸至報警監(jiān)測中心。
2.如權利要求1所述的城市供水管網泄露爆管預警系統(tǒng)，其特征在于聲音傳感器采 用壓電陶瓷加速度傳感器。
3.如權利要求1所述的城市供水管網泄露爆管預警系統(tǒng)，其特征在于報警控制設備 包括傳感器信號處理電路和主報警控制電路，傳感器信號處理電路將傳感器輸出的電信 號濾波、放大并模數(shù)轉換后，輸入到主報警控制電路，同時接收主報警控制電路的指令；主 報警控制電路采用單片機技術，把接收到的傳感器數(shù)據轉換成表征供水管當前狀況的數(shù) 值一“體溫”，并與預存的表征供水管正常狀況的“基礎體溫”做比較，當“體溫”大于“基 礎體溫”時，輸出報警信息，并將此信息通過通信設備傳輸至報警監(jiān)測中心；主報警控制電 路還可以接收來自報警監(jiān)測中心的指令，完成對監(jiān)測點的設置。
4.如權利要求1-3中任一項所述的城市供水管網泄露爆管預警系統(tǒng)，其特征在于通 信設備采用GSM的短消息業(yè)務及設施，短消息包括監(jiān)測點編號和報警數(shù)據。
5.如權利要求4所述的城市供水管網泄露爆管預警系統(tǒng)，其特征在于報警監(jiān)測中 心采用配有監(jiān)控軟件的計算機，可實現(xiàn)驗證用戶身份，設置不同用戶的權限；設置監(jiān)測點 ID、SIM卡號和密碼，設置時鐘和報警點以及軟件運行參數(shù)；接收監(jiān)測點通過GSM發(fā)送的報 警信息、時間信息和檢測點的ID信息，并加以表達；提供數(shù)據庫與GIS等接口 ；數(shù)據的查詢 與應用。
6.如權利要求4所述的城市供水管網泄露爆管預警系統(tǒng)，其特征在于采用高能鋰電 池組作為報警控制設備和通信設備的電源。
7.如權利要求1所述的城市供水管網泄露爆管預警系統(tǒng)，其特征在于，所述“基礎體 溫”采用如下方法得到在每日凌晨1:30-2:30時段，各監(jiān)測點采集供水管的噪音數(shù)值，取 平均值后，作為各監(jiān)測點的“基礎體溫”。
8.如權利要求4所述的城市供水管網泄露爆管預警系統(tǒng)，其特征在于報警控制設備 和通信設備使用二節(jié)鋰離子電池采用滴流輸電技術進行供電。
全文摘要
城市供水管網泄露爆管預警系統(tǒng)涉及供水管網泄露爆管的探測與報警系統(tǒng)，屬于安全預警領域。本發(fā)明的預警系統(tǒng)由壓電陶瓷加速度傳感器、傳感器信號處理電路、報警主控制電路，及其GSM通訊模塊、PC監(jiān)控軟件組成。本發(fā)明實現(xiàn)了城市供水管網泄露爆管事故的遠程監(jiān)測，能夠對供水管網進行動態(tài)管理，具有較大的實際應用前景。
文檔編號F17D5/00GK101886742SQ201010201000
公開日2010年11月17日 申請日期2010年6月17日 優(yōu)先權日2010年6月17日
發(fā)明者周玉文, 孫立國 申請人:北京工業(yè)大學