CN101487567A - 音波泄漏检测定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管道检漏定位装置，特别是一种音波泄漏检测定位装置，包括：设置于管道上的多个声学传感器、多个现场数据采集器、中心服务器以及通信网络，所述的现场数据采集器中，前置放大器连接声学传感器，将声学传感器采集的模拟声波信号进行放大，其输出端通过定时数据采集模块接A/D转换器；所述模拟声波信号通过定时数据采集模块完成模数转换，成为数字信号并通过通信网络传送给中心服务器。本发明采用嵌入式PC+数据采集卡+GPS精确授时，成本低，性能好；可采用多种网络通讯，双网络冗余，相互备份；本发明支持的节点数为256，完全满足长输管线的需要；检测速度快，检测精度高，漏报率/误报率低等优点。

Description

音波泄漏检测定位装置

技术领域

本发明关于一种管道检漏定位装置，特别是一种用于检测压力流体管道泄漏及泄漏位置的音波泄漏检测定位装置。

背景技术

油气管道泄漏检测定位装置的主要功能是检测并且定位长输管道的流体泄漏及泄漏位置，及时检修，保障油气管道的生产运输安全。长输管道输送的流体可以是气体或者液体。

美国专利US 6,389,881公开了一种监测管道泄漏并定位泄漏的方法和设备。该方法通过捕捉发生在含有压力气体或者流体的管道上的泄漏所产生的音波信号来监测泄漏。通过比对过滤模型以降低误报率、增加系统灵敏度、提高泄漏定位精确度。

图1是该发明所公开的设备示意图，包括：安装在沿着管道10的多个间断的音波传感器26，现场数据采集处理器20和22，以及中心数据汇集处理器24。每个现场数据采集处理器20和22接收来自安装在管道10上的对应的音波传感器26的检测信号，并对数据进行处理。该现场数据采集处理器20，22连接并受控于中心数据汇集处理器24。现场数据采集处理器20，22，适时监测压力并完成初步现场过滤并分析对比和数据过滤。当现场数据采集处理器20，22监测到了一个潜在的泄漏信号时，才会将信息反馈到中心数据汇集处理器24进行更深入的处理。如果中心数据汇集处理器24监测到一个泄漏信号，经过过滤所有传感器的数据，则中心数据汇集处理器24能够从两个或者更多传感器数据中定位泄漏，并根据现场数据在逻辑上接受泄漏定位。泄漏信息(包括泄漏定位)由中心数据汇集处理器24输出到配备SCADA软件，比如Intellution的软件的中央主机28上。

该专利详细描述了现场数据采集处理器20、22和中心数据汇集处理器24中数据处理的过程。在现场数据采集处理器20中，来自传感器26的音波压力输入信号首先通过低通过滤器和高通过滤器滤除低频和高频噪声，压力输入信号被取样器取样后将模拟量转换为数字量。数字信号通过数字通频带过滤器后送比对过滤器与记录在现场电脑中的数字模型比较，此信号通过其他的并联过滤。如果所有过滤的输出超过了由动态极限机制决定的极限，泄漏信息就会在下一次请求时发送到中心数据汇集处理器进行处理。

中心数据汇集处理器24收到来自于现场数据采集处理器20，22的信息后，进行整合分析，生成事件文件，输出到控制主机28。控制主机28配由SCADA软件，该软件能够提供操作员界面，数据库管理和报告生成。并能够按照要求发出报告。

其原理是当管道上出现流体泄漏时，泄漏点处的超低频音波将沿着管道传输，并被安装在管道两端的传感器所感应。感应到的超低频音波，经过信号预处理，噪声抑制，特征波形检测，时延估计，以及泄漏点定位等处理步骤，检测出泄漏发生位置及泄漏孔径大小。

但是该专利没有给出现场数据采集处理器20、22和中心数据汇集处理器24的具体构成，根据现场数据采集处理器和中心数据汇集处理器对信息的处理过程可以看出，来自传感器的信号经高通滤波和低通滤波后，即进行模数转换，将所接收到的模拟量转换成数字量并与储存在现场数据采集处理器的电脑中的数据进行分析对比和数字过滤。然后再送中心数据汇集处理器24进行更深入的处理。这就要求传感器的灵敏度很高，对于微小的压力变化即能产生较大的电流变化。同时由于对采集的数据进行现场处理，使得在每个处理器中都需要配备原始记录在现场电脑中的数字信息，这样使得现场处理器的结构非常庞大，造价也会很高，并且在进行数据更新时需要对每个处理器中的信号进行更新，相对也增加了工作量，而这种经过处理后的信号需要特殊的信号传输线，如此也会增加成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种结构简单、价格低廉、性能好的用于检测压力流体管道及站场泄漏的音波泄漏检测定位装置。

本发明所提供的音波泄漏检测定位装置包括设置于管道上的多个声学传感器、多个现场数据采集器、中心服务器以及通信网络，所述的现场数据采集器包括：前置放大器、模拟信号到数字信号转换器、定时数据采集模块及通讯模块，其中：

所述的前置放大器连接声学传感器，将声学传感器采集的模拟声波信号进行放大，其输出端通过定时数据采集模块接所述模拟信号到数字信号转换器；

所述模拟声波信号将以一定的频率通过定时数据采集模块完成模数转换；

所述模拟信号到数字信号转换器将模拟声波信号转换为可以处理的数字信号并通过通信网络传送给中心服务器；

所述中心服务器包括多个分路数据处理器和中央数据处理器，所述各个分路数据处理器通过通信网络接受来自对应现场数据采集器的信号经滤波后与已知的门限波形进行比对，若超过门限波形表明有泄漏发生，则将泄漏信号送中央数据处理器，中央数据处理器对来自各个分路数据处理器的信号进行综合分析运算确定泄漏位置、泄露大小，由显示器显示、报警器报警。

所述的模拟声波信号采样频率可以在一定的动态范围内调整；但多通道数据需要保证严格同步。

所述分路数据处理器是由接受网络信号的接收器、带通滤波器、波形比较器及其它滤波器所组成，所述接收器通过通信网络接受来自对应现场数据采集器的信号，经带通滤波器及其它滤波器滤除各种噪声后进入波形比较器与储存于中央数据处理器中的门限波形进行比较，当来自现场数据采集器的信号超过门限波形则将信号送中央数据处理器。

所述中心服务器设有专用接口与用户SCADA系统进行通讯，当泄漏发生时，用户SCADA系统可以根据泄漏监测定位系统状态，进行关闭阀门，报警等操作。

所述通信网络是专用卫星网络、或专用光纤网络、或虚拟个人网络、或码分多址、或通用分组无线服务。

本发明的优点在现场数据采集器的使用，可以大大缩减成本，并且在数据更新时只需对中心服务器中的数据进行更新即可，可以大大节省工作时间，另外本发明可以使用现有的通信网络，进一步相对降低成本。

附图说明

图1是现有音波泄漏检测定位装置的结构示意图；

图2是本发明音波泄漏检测定位装置的结构示意图；

图3是本发明装置中的现场数据采集器的结构图；

图4是本发明装置中的中心服务器的结构图；

图5是中心服务器中信号处理流程图。

具体实施方式

为对本发明的结构特征及其功效有进一步了解，兹列举具体实施例并结合附图详细说明如下。

图2所示是本发明油气管道泄漏检测定位装置的结构图，包括设置于管道上的多个声学传感器1(1-1---1-n)、多个现场数据采集器5(5-1---5-n)、中心服务器3以及通信网络，所述多个声学传感器1每隔一定距离布设于长输管4上，所述的现场数据采集器5(如图3所示)，包括：前置放大器51、模拟信号到数字信号(A/D)转换器52、定时数据采集模块及通讯模块54，其中，

现场数据采集器5中的前置放大器51连接声学传感器1，将声学传感器1采集的模拟声波信号进行放大，通常是电流量进行放大并转换成电压信号，其输出端通过定时数据采集模块接A/D转换器；所述A/D转换器将模拟声波信号转换为可以处理的数字信号并通过通信网络传送给中心服务器3。

所述模拟声波信号将以一定的频率通过定时数据采集模块完成模数转换。

所述的模拟声波信号采样频率可以在一定的动态范围内调整；但多通道数据需要保证严格同步，以便中心服务器根据各检测点信号延时时间计算出泄漏点的位置。

图4是本发明装置中的中心服务器的结构图。中心服务器负责实时接收各个数据采集终端节点传送来的数据，并对管道进行实时监控。其主要功能是：

通讯：建立并维护各数据采集终端的通讯信道；

数据采集同步：采集并同步各数据采集终端的原始数据；

数据备份：保存原始数据；

实时泄漏监测：对各数据采集终端节点获得的数据传送给处理模块进行实时泄漏监测，判断是否发生泄漏；

泄漏状态日志：当系统发生泄漏时，把泄漏发生的时间、地点、泄露孔径大小等信息保存到数据库；

系统状态服务：维护系统工作状态，并传送给状态监控主机。

如图4所示，中心服务器3包括多个分路数据处理器31和中央数据处理器32，各个分路数据处理器31通过通信网络接受来自对应现场数据采集器5的信号，经滤波与已知的门限波形进行比对，若超过门限波形，表明有泄漏发生。并将泄漏信号送中央数据处理器32，中央数据处理器32对来自各个分路数据处理器的信号进行综合分析、运算确定泄漏位置、泄漏大小，并由显示器显示、报警器报警。

分路数据处理器31是由接受网络信号的接收器、带通滤波器、波形比较器及其它滤波器所组成，其作用是通过波形比对，实时的从音波信号中检测出泄漏事件，并且过滤掉大部分的噪声信号，如正常管道操作等等。对泄漏检测性能要求泄漏检测率：100％；误报率：不大于1次/年。具体过程是：由接收器通过通信网络接受来自对应现场数据采集器的信号，经带通滤波器及其它滤波器滤除各种噪声后进入波形比较器与储存于中心服务器3中的门限波形进行比较，当来自现场数据采集器5的信号超过门限波形则将信号送中央数据处理器32。

中央数据处理器32对泄漏孔径进行估计，通过音波的强度和波形，实时的估计出泄漏孔径的大小。

中央数据处理器32通过音波到达各传感器的时延差，实时的定位出泄漏事件发生的位置。

中央数据处理器32设有专用接口与用户监控组态软件(SCADA，Supervisory Control And Data Acquisition)系统进行通讯，当泄漏发生时，用户SCADA系统可以根据泄漏监测定位系统状态，进行关闭阀门，报警等操作。

所述通信网络的作用是建立并维护各数据采集终端的通讯信道；采集并同步各数据采集终端的原始状态数据；及时保存原始状态数据；把分布式的终端节点数据实时的传输到信号处理中心服务器。所述通信网络可以是：专用卫星网络、或专用光纤网络、或虚拟个人网络(VPN，Virtual Private Network)、或码分多址(CDMA，Code Division Multiple Access)、或通用分组无线服务(GPRS，General Packet Radio Service)。由于采用的都是现有技术，因此不再详细说明。

当采用专用卫星网络时，各数据采集终端设有环球定位系统(GPS，GlobalPositioning System)多节点数据同步模块，GPS模块及其接口配合NTP(NetworkTime Protocol)完成系统达微秒级，甚至纳秒级的精确授时，从而保证分布式节点间系统时钟的同步。

数据采集终端加电后，将自动对终端的各个状态进行诊断，并实时的把终端的状态发送到主服务器。需要自动诊断的终端状态包括：数据采集通道状态；GPS状态；通讯模块状态；通讯会话状态。

数据采集终端完成状态诊断后，通过设置在数据采集终端上的发光二极管(LED，Light Emitting Diode)显示。需要显示的数据终端状态包括：数据采集通道状态；GPS状态；通讯模块状态；通讯会话状态。

Claims (5)

1、一种音波泄漏检测定位装置，包括设置于管道上的多个声学传感器、多个现场数据采集器、中心服务器以及通信网络，其特征在于：所述的现场数据采集器包括：前置放大器、模拟信号到数字信号转换器、定时数据采集模块及通讯模块，其中：

所述的前置放大器连接声学传感器，将声学传感器采集的模拟声波信号进行放大，其输出端通过定时数据采集模块接所述模拟信号到数字信号转换器；

所述模拟声波信号将以一定的频率通过定时数据采集模块完成模数转换；

所述模拟信号到数字信号转换器将模拟声波信号转换为可以处理的数字信号并通过通信网络传送给中心服务器；

所述中心服务器包括多个分路数据处理器和中央数据处理器，所述各个分路数据处理器通过通信网络接受来自对应现场数据采集器的信号经滤波后与已知的门限波形进行比对，若超过门限波形表明有泄漏发生，则将泄漏信号送中央数据处理器，中央数据处理器对来自各个分路数据处理器的信号进行综合分析运算确定泄漏位置、泄露大小，由显示器显示、报警器报警。

2、根据权利要求1所述的音波泄漏检测定位装置，其特征在于：所述的模拟声波信号采样频率可以在一定的动态范围内调整；但多通道数据需要保证严格同步。

3、根据权利要求1所述的音波泄漏检测定位装置，其特征在于：所述分路数据处理器是由接受网络信号的接收器、带通滤波器、波形比较器及其它滤波器所组成，所述接收器通过通信网络接受来自对应现场数据采集器的信号，经带通滤波器及其它滤波器滤除各种噪声后进入波形比较器与储存于中央数据处理器中的门限波形进行比较，当来自现场数据采集器的信号超过门限波形则将信号送中央数据处理器。

4、根据权利要求1所述的音波泄漏检测定位装置，其特征在于：所述中心服务器设有专用接口与用户SCADA系统进行通讯，当泄漏发生时，用户SCADA系统可以根据泄漏监测定位系统状态，进行关闭阀门，报警等操作。

5、根据权利要求1所述的音波泄漏检测定位装置，其特征在于：所述通信网络是专用卫星网络、或专用光纤网络、或虚拟个人网络、或码分多址、或通用分组无线服务。

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