本實用新型涉及石油、水、熱力等管道監(jiān)測與計量技術(shù),特別是涉及一種利用多個探頭實施對管道的監(jiān)測與計量技術(shù)。
背景技術(shù):
管道傳輸具有經(jīng)濟、高效、安全、穩(wěn)定等諸多優(yōu)點而被應(yīng)用于石油、天然氣、水、熱力等流體運輸。隨著社會經(jīng)濟、科技的不斷進步,管道敷設(shè)得到大量的應(yīng)用,管道系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于石油、冶金、城市水暖供應(yīng)以及天然氣等工業(yè)領(lǐng)域中,而管道安全保護的問題也日益突出地擺在了人們的面前。管道常年埋于地下,容易發(fā)生腐蝕、疲勞破損或泄漏,這不僅會帶來重大的經(jīng)濟損失,而且將造成嚴重的環(huán)境污染。因此,對管道實施有效的泄漏檢測,對于保證管道安全運輸極其重要。傳統(tǒng)的管道泄漏探測方法主要有兩種:一種是分離式,一個探測器只能測試一定區(qū)域內(nèi)的情況,但管道傳輸往往是幾十、數(shù)百公里,要想不留下探測的空白區(qū),需花費大量的投資和維修費用;另一種是不間斷的帶有傳感系統(tǒng)探測器,需在管道內(nèi)壁安裝特殊的電纜,很難維護,而且上述探測器均不可避免地帶來環(huán)境的污染和電磁波的干擾。面對環(huán)境復(fù)雜,距離遙遠的管道系統(tǒng),系統(tǒng)供電、傳感器放置、信號采集傳輸?shù)雀鞣N現(xiàn)實問題,使得各種傳統(tǒng)的報警監(jiān)控類設(shè)備都顯得無能為力。隨著管道的持續(xù)建設(shè),各種技術(shù)監(jiān)測手段也迎運而生,目前應(yīng)用于管道泄漏監(jiān)測的方法主要有壓力梯度法、負壓力波法、流量平衡法等。這些方法的特點和應(yīng)用場合各不相同,在各個應(yīng)用領(lǐng)域中也發(fā)揮了一定的積極作用。但也存在不同的缺點,特別是不能理想解決管道漏失及管道的綜合監(jiān)控問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本實用新型的目的在于提供一種基于多探頭測量的三參數(shù)管道監(jiān)測系統(tǒng),它能及時發(fā)現(xiàn)管道漏失狀況,使管道泄漏得到有效預(yù)防與控制,能夠提供早期預(yù)警與中心平臺實時監(jiān)測,為快速、及時、準確、可靠地檢測管網(wǎng)系統(tǒng)提供了極大的便利,使地下管網(wǎng)的節(jié)能、環(huán)保、安全得到極大的保障。
本實用新型采取以下技術(shù)方案來實現(xiàn):它包括恒流供電電源、中央處理器、壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、晶體振蕩器、時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器,以及無線通訊模塊、有線通訊模塊、數(shù)據(jù)采集器、互聯(lián)網(wǎng)平臺、終端顯示器,主要是將壓力傳感器的輸出正、負信號端分別與中央處理器的正、負模擬輸入端對應(yīng)連接,而將溫度與時間數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置經(jīng)由串行接口端子SSN、SCK、SI、SO組成的SPI-接口與中央處理器對應(yīng)接口進行連接,同時,將中央處理器輸出端經(jīng)通用型數(shù)字I/O引腳分別連接無線通訊模塊及有線通訊模塊,且將所述無線通訊模塊及有線通訊模塊與數(shù)據(jù)采集器相連接,數(shù)據(jù)采集器輸出再經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)平臺至終端顯示器。
所述的溫度與時間數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置包括溫度傳感器、流量傳感器、時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP22和晶體振蕩器,所述的溫度傳感器輸出端 T1、T2對應(yīng)接入時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP22的溫度測量端口PT1、PT2,所述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP22的STOP2端與流量傳感器的第一組超聲波探頭連接,而時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP22的STOP1端與流量傳感器的第二組超聲波探頭相連接,并在時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP22的XIN端與XDUT端之間設(shè)置晶體振蕩器,在XLK32OUT端與XLK32IN端之間設(shè)置另一晶體振蕩器。
本實用新型的有益效果:
1、由于設(shè)置了溫度傳感器、多探頭組成的流量傳感器以及晶體振蕩器與時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP22的有機結(jié)合構(gòu)成的溫度與時間數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置,將溫度、壓力、流量三參數(shù)一并送入中央處理器,再經(jīng)有線通訊模塊、無線通訊模塊及網(wǎng)絡(luò)連接把測量數(shù)據(jù)遠傳至終端顯示器的結(jié)構(gòu),可通過網(wǎng)絡(luò)連接對實時數(shù)據(jù)進行采集與分析,并且能夠?qū)崿F(xiàn)有效的監(jiān)測與計量。
2、它將三參數(shù),即壓力、溫度、流量集成在同一系統(tǒng)內(nèi),由溫度、流量構(gòu)成熱計量熱表,根據(jù)測量結(jié)果及時發(fā)現(xiàn)管道漏失或偷熱現(xiàn)象,同時根據(jù)壓力與流量的變化來確定系統(tǒng)有否堵塞現(xiàn)象,爆裂的可能,結(jié)合歷史數(shù)據(jù)的實時動態(tài)分析來解決管道監(jiān)測與預(yù)警。
3、本實用新型可進行分區(qū)計量,進行管網(wǎng)漏失的固定區(qū)間定位,將漏點控制在最小范范圍內(nèi)。
4、本實用新型借助GPRS模塊使數(shù)據(jù)采集器與服務(wù)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互,大數(shù)據(jù)遠傳,借助互聯(lián)網(wǎng)將計算機與服務(wù)器連接,及時訪問數(shù)據(jù),實時監(jiān)控數(shù)據(jù),能夠快速、準確、可靠的檢測管網(wǎng)情況,操作方便,使地下管網(wǎng)的節(jié)能、環(huán)保、安全得到切實的保障。
5、本實用新型由于使用了時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP22芯片,不僅減少了外部元件的數(shù)量,明顯降低了生產(chǎn)成本與生產(chǎn)調(diào)試時間,而且簡化了設(shè)計過程,有效提升了整個系統(tǒng)的測量質(zhì)量。
6、本實用新型還具有結(jié)構(gòu)設(shè)計科學(xué)合理、監(jiān)控數(shù)據(jù)準確可靠、操作使用方便靈活、適合進行推廣應(yīng)用等優(yōu)點。
附圖說明
圖1為本實用新型的電路結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為本實用新型網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
圖1、圖2所示本實用新型的基于多探頭流量測量的三參數(shù)管道監(jiān)測系統(tǒng)是一種利用網(wǎng)絡(luò)對管道進行監(jiān)測與計量的應(yīng)用系統(tǒng)。它為恒流供電電源供電,采用AC-DC模塊,進行降壓處理,輸出直流50v、±15v、3.3v電壓,分別為系統(tǒng)內(nèi)各器件提供電能。其每路電流分別為50mA、100mA、50mA。本系統(tǒng)使用中央處理器(MSP430)1對管道的溫度、壓力、流量三參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集,中央處理器1低電源電壓范圍:1.8V至3.6V,低功耗運行模式,它為三路具有差分PGA 的24位A/D采集轉(zhuǎn)換器。所述監(jiān)測系統(tǒng)使用的壓力傳感器2、溫度傳感器3、流量傳感器4均為已知技術(shù)。其中壓力傳感器2安裝在管段頂部的內(nèi)壁上,溫度傳感器3至管段中心線位置,而流量傳感器4 中的兩組四只超聲波探頭6、6ˊ及7、7ˊ是傾斜45°固定安裝在管段的側(cè)壁上,具體是在兩端為法蘭的法蘭管中間管體部分(即管段) 上下、左右管壁對應(yīng)位置上分別設(shè)置凸出管體、傾斜45°并與管體相聯(lián)通的四個小管徑,另將與金屬體也稱傳感器機體固定的超聲波探頭6、6ˊ及7、7ˊ經(jīng)金屬體部分分別旋入小管徑內(nèi)固定與法蘭管形成一體。從而使所述流量傳感器4中的四只超聲波探頭6、6ˊ與7、7 ˊ形成互為90°分布,即水平方向一組,垂直方向一組。每組超聲波探頭6、6ˊ及7、7ˊ均傾斜于管道中線45°的對射狀態(tài)。所述設(shè)有壓力傳感器2、溫度傳感器3和流量傳感器4的法蘭管經(jīng)兩端法蘭與管道連接固定。本系統(tǒng)的壓力測量采用波紋管式壓力傳感器2,將所述壓力傳感器2輸出正、負信號端IN+、IN-直接對應(yīng)接入中央處理器1的正模擬輸入端AO.O+、負模擬輸入端AO.O-(即與中央處理器1的管腳1、管腳2對應(yīng)進行連接),通過內(nèi)部差分放大和A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號采集并存儲。溫度與流量的測量是利用時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC-GP22)5來進行的。將溫度傳感器3的輸出端T1、T2與時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器5的溫度測量端口PT1、PT2對應(yīng)連接,也就是對應(yīng)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器5的管腳23、24,同時將所述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器5的 STOP2端(管腳27)與流量傳感器4的第一組超聲波探頭6連接,還將所述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器5的STOP1端(管腳30)與流量傳感器4中的第二組超聲波探頭7相連接。另將第一、第二兩組超聲波探頭中的 6ˊ、7ˊ接地。為給時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器5建立工作條件,在它的XIN、 XDUT即1、2管腳上設(shè)由電阻R1與晶體X1并聯(lián),然后再分別對地串聯(lián)電容C1、C2組成的晶體振蕩器8和在XLK32OUT、XLK32IN即15、 16管腳設(shè)置了由電阻R2與晶體X2并聯(lián),再分別對地串聯(lián)電容C3、 C4組成的另一晶體振蕩器8ˊ。并由所述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器5、晶體振蕩器8、8ˊ、流量傳感器4及溫度傳感器3共同組成溫度與流量數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置9。所述的溫度與流量數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置9通過時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器 5的串行接口從機選擇端SSN、串行接口時鐘端SCK、串行接口數(shù)據(jù)輸入端SI、串行接口數(shù)據(jù)輸出端SO組成的SPI-接口分別與中央處理器1的P2.0、P1.7、P1.6、P1.5相連接。溫度與流量數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置 9通過該SPI-接口中的數(shù)據(jù)輸入端SI可接收中央處理器1的發(fā)射控制信號,同時又經(jīng)數(shù)據(jù)輸出端SO將溫度與流量數(shù)字信號傳輸給中央處理器1的對應(yīng)端子進行數(shù)據(jù)讀取。與此同時,還將中央處理器1輸出端經(jīng)P1.1、P1.2通用型數(shù)字I/O引腳連接無線通訊模塊10,經(jīng) P1.3、P1.4通用型數(shù)字I/O引腳連接有線通訊模塊(4418模塊)11,再由所述有線通訊模塊11的WIFI接口與數(shù)據(jù)采集器12的MDUS接口 (所述WIFI接口與MDUS接口均為國際通用接口)進行連接的有線通訊方式以及無線通訊模塊10的無線通訊方式與數(shù)據(jù)采集器12相連接,且數(shù)據(jù)采集器12輸出經(jīng)GPRS與互聯(lián)網(wǎng)平臺13至終端顯示器14。
本系統(tǒng)的使用,首先將中央處理器1和終端顯示器(計算機顯示平臺)14控制程序進行預(yù)置,在計算機程序控制下,中央處理器1 可隨時對壓力、溫度與流量數(shù)據(jù)進行采集。在利用溫度與流量數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置9實施對流量采集時,中央處理器1經(jīng)SPI-接口中的P1.5(管腳21)向時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器5的對應(yīng)接口SI(管腳11)發(fā)送發(fā)射控制信號,時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器5接收信號由STOP2端(管腳27)輸出激勵信號至第一組中的超聲波探頭6,在超聲波作用下第二組中的超聲波探頭7接收時間信號再送入STOP1端(管腳30)。時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器5 將記錄超聲波探頭6、7的發(fā)射信號時間與接收到信號的時間,由于聲音信號受到順流與逆流水的影響,順流時發(fā)射信號與接收信號的時間比靜水時短,逆流時發(fā)射信號與接收信號的時間比靜水時長,流體的流速不同發(fā)射信號與接收信號的時間也不同,本系統(tǒng)就是通過精準計量時間信號來有效探測流體的流速。所述接收信號經(jīng)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器5內(nèi)部所設(shè)的TDC精確計時后由SPI-接口中的SO端(管腳12)輸出給中央處理器1的P1.6(管腳22),中央處理器1將讀取的時間與流量比例關(guān)系信號校準后讀取并存儲,還經(jīng)無線通訊模塊10和有線通訊模塊(4418模塊)11接入數(shù)據(jù)采集器12,數(shù)據(jù)采集器12輸出經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)采集器12與互聯(lián)網(wǎng)平臺13的服務(wù)器連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互,由互聯(lián)網(wǎng)至終端顯示器(即終端計算機)14。
本實用新型借助GPRS網(wǎng)絡(luò)使數(shù)據(jù)采集器12與服務(wù)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互,大數(shù)據(jù)遠傳,借助互聯(lián)網(wǎng)平臺13將計算機與服務(wù)器連接,及時訪問數(shù)據(jù),實時監(jiān)控數(shù)據(jù),并根據(jù)測量結(jié)果作出分析:如溫度降低至零度,表明管道有凍裂的可能;壓力嚴重降低于正常值,流量較大,表明用戶內(nèi)有管道漏失或偷熱現(xiàn)象;壓力升高較大,超過管道上線,表明有管道爆裂的可能;壓力不變或升高,流量降低,表明管道有堵塞現(xiàn)象等等。它不僅能進行數(shù)據(jù)的監(jiān)控,同時使用互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)存儲,訪問接口和數(shù)據(jù)處理平臺進行大數(shù)量處理與數(shù)據(jù)存儲。具有數(shù)據(jù)永久保存的特性。使管道泄漏得到有效預(yù)防與控制,能夠提供早期預(yù)警與中心平臺實時監(jiān)測。為快速、及時、準確、可靠的檢測管網(wǎng)系統(tǒng)提供了極大的便利,使地下管網(wǎng)的節(jié)能、環(huán)保、安全得到切實保障。