CN101571234B - 一种液体压力管道泄漏检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液体压力管道泄漏检测及泄漏定位装置，它包括：用于采集信号的两只压电陶瓷晶体加速度传感器、用于传输信号的两台发射机、用于接收数据并向上位机传送数据的接收机和终端处理数据的上位计算机组成；所述两只压电陶瓷晶体加速度传感器贴附在被测管道的两端；所述发射机包括信号自动放大倍数选择电路、信号动态范围自动增益控制电路、滤波放大电路和无线发射单元；所述接收机包括对收到的信号进行解调和放大的无线接收单元、起到接口作用实现接收机和上位机通信的信号处理电路。本发明可以解决对液体压力管道进行泄漏检测及泄漏定位问题，同时提供一种成本低、使用方便和性能可靠的管道泄漏检测装置。

Description

一种液体压力管道泄漏检测装置

技术领域

本发明属于液体压力管道泄漏检测及泄漏定位装置，具体涉及到液体压力管道的音频噪声分析处理技术。

背景技术

目前我国还没有专用于液体压力管道泄漏检测及泄漏定位的设备。在水资源日渐匮乏的形势下，提高供水利用率是节水的当务之急。在输水管线上，由于管道的质量、施工因素、地质条件及使用时间等因素，泄漏问题时有发生。通常情况下，由于发现不及时，只有大量泄漏出现时，才被发现，而在被发现之前已经浪费了大量的水资源。为了降低供水的漏失率，研制出一种价格低、操作方便、性能可靠和功能强的泄漏检测及泄漏定位装置是最为行之有效的防漏节水办法。

目前我国国内的检漏设备基本都是以人耳路面听音为主，需要人主观对声音信号进行判断，这种方法的缺点是效果受人的主观影响和判断力影响大，尤其应对复杂、恶劣环境(如管线深埋情况)、复杂管线(如多个分支)情况下的检测更是它的弱项，且定位精度不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种液体压力管道泄漏检测装置，可以解决对液体压力管道进行泄漏检测及泄漏定位问题，同时提供一种成本低、使用方便和性能可靠的管道泄漏检测装置。

本发明所述的一种液体压力管道泄漏检测及泄漏定位装置包括：用于采集信号的两只压电陶瓷晶体加速度传感器、用于传输信号的两台发射机、用于接收数据并向上位机传送数据的接收机和终端处理数据的上位计算机组成；所述两只压电陶瓷晶体加速度传感器贴附在被测管道的两端；所述发射机包括信号自动放大倍数选择电路、信号动态范围自动增益控制电路、滤波放大电路和无线发射单元；所述信号自动放大倍数选择电路的信号输入端与信号输出端之间有两路并接的信号通路，第一通路是由电压跟随电路U206A与开关电路U208D串联组成，第二通路是由信号比较器U205B、U207和开关电路U208B串联组成；第一通路的开关电路U208D的控制端与比较器U205B的输出端连接，比较器U205B的同相输入端接在串联分压电阻R210、R214的基准电压端，反相输入端接在串联分压电阻R211、R213的基准电压端；第二通路的开关电路U208B的控制端与比较器U205A的输出端连接，比较器U205A的同相输入端接在串联分压电阻R211、R213的基准电压端，反相输入端通过隔离二极管接地，所述比较器U205A输出端与其同相输入端连接；所述接收机包括对收到的信号进行解调和放大的无线接收单元、起到接口作用实现接收机和上位机通信的信号处理电路。

如上所述的一种液体压力管道泄漏检测及泄漏定位装置，在发射机、接收机的电源系统回路中分别串接电源开关控制电路的继电器；所述电源开关控制电路包括：触发器、门电路和继电器。

如上所述的一种液体压力管道泄漏检测及泄漏定位装置，所述电源开关控制电路包括连接在电源系统正极与脉冲产生电路CD4013芯片的CLK1端的按键S501、与脉冲产生电路CD4013芯片的输出端连接的继电器驱动电路CD40106芯片、控制端与继电器驱动电路CD40106芯片输出端连接的继电器。

如上所述的一种液体压力管道泄漏检测及泄漏定位装置，所述信号动态范围自动增益控制电路采用对信号的幅度进行动态控制的NE571芯片电路。

本发明具有对泄漏位置判断准确，没有出现误报，电路结构简单等优点。本装置避免了现在主流单片机控制开关系统的待机电流损耗问题，非常适合于由电池供电的产品，使用开关电路，可以大大延长电池的使用时间和寿命，从而带来经济价值。

附图说明

图1是本发明的系统组成结构原理框图。

图2是本发明的发射机电路原理框图。

图3是本发明的接收机电路原理框图。

图4是本发明的信号放大倍数自动选择电路原理图。

图5是本发明的自动增益控制电路原理图。

图6是本发明的电源开关控制电路原理图。

具体实施方式

本发明采用两只压电陶瓷晶体加速度传感器直接采集管道信号，经主机对其处理，避免了人为因素对其的影响，并且通过一整套算法，精确确定泄漏位置，可应付多种复杂管线和多种环境。本发明所述一种液体压力管道泄漏检测及泄漏定位装置，它包括：用于采集信号的两只压电陶瓷晶体加速度传感器、用于传输信号的两台发射机、用于接收数据并向上位机传送数据的主机一台和终端处理数据的计算机组成。

在发射机中包含：信号自动放大倍数选择电路，信号动态范围自动调整电路，滤波放大电路，经发射机处理的信号通过无线发射单元将数据进行调制，送给接收机，同时还能在发射机上实时显示当前信号强度信息。发射机的原理图参见图2。

在接收机中包含：无线接收单元，对收到的信号进行解调和放大，通过专用信号处理电路(也称为采集卡，起到接口作用，用于接收机和上位机通信，所使用的是现有的产品)送给上位机进行最终处理。接收机的原理图参见图3。

在发射机和接收机中还采用了一种电源开关控制电路。由触发器、门电路和继电器等组成。也就是说在非工作状态下功耗为零。

终端处理部分(上位机)包含：PC软件部分，对从下位机(接收机)传送过来的信号进行软件处理，依托强大的计算机性能，能够对数据进行几乎无限量的存储，对数据实时处理或事后回放分析等多种功能，精确确定并显示泄漏点的位置信息。所述对信号进行软件处理的方法采用现有的技术，可参见中国的专利申请号为2004100802210，名称为一种液体压力管道泄露检测方法及装置的专利公开文献。

电源开关控制电路如图6所示。在关机状态系统是没有电量消耗的，因此平时是0电流，0功耗，当S501(按键)按下的瞬间，电压经过S501，进入IC501，从IC501的1脚输出一个脉冲信号给IC502，最后由IC503驱动继电器吸合动作，完成开机操作；当再次按下S501，电路完成对继电器释放操作，断开系统和电源，完成关机操作。可以看到在平时是不需要给此电路供电的。(其中IC501为CD4013，IC503为CD40106)

信号自动放大倍数选择电路如图4所示：信号由”IN”端输入，当信号幅度高于一定值时，经由U206A(电压跟随，无放大功能)，通过U208D输出(U208D的通断控制由U205B及外围电路组成的比较器控制，其中基准电压产生电路由R211和R213组成，分别为270千欧和2千欧分压，当经过U207放大的信号幅度大于此分压值时，U205A输出信号，控制U208B阻断该路信号，同时U205B控制U208D允许该路信号通过)；当信号低于一定值时(即小信号)，上面的电路阻断了信号的通过，而经由U206B，U207，U208B和U205A组成的电路通过，其中U206B和U207对信号进行放大(信号放大30倍)，U208B在此时允许信号通过，它的通断状态与U208D正好相反，其控制信号由U205A组成的电路产生。从而实现信号放大倍数自动选择(U208B和U208D受控制电路控制，同时仅能有一路信号通过，如U208D受U205B控制允许信号通过时，U208B受U205A控制阻断信号通过，反之一样)。本电路由于采用全硬件设计，系统实时性好，对信号反映速度快等特点。(其中U208为CD4066，是多路通道选择器，其他的几个IC芯片为通用运放即可)

自动增益控制电路原理如图5所示：信号由左端“input”端输入，经由集成电路U209(所用芯片为NE571)，此芯片专门对信号的幅度进行动态控制，改善信噪比，它采完全相同的压扩方法，提供2∶1的信号压缩比，在经过此电路后，均调整到设计的幅度范围，同时还能有效抑制信号中的干扰信号，提高电路的信噪比，由右端“output”端输出。本电路实施简单，可将信号进行无失真，无延时的处理，实时控制，无需外界干涉及单独调试等特点。本电路时在U209器件为核心进行的电路设计，是属于应用上的一种新方法。

本发明的系统工作原理参见图1所示，通过传感器采集信号，经由发射机处理后通过无线方式传输给接收机，在主机端对信号进行解调处理，然后传给上位机(PC机)，在上位机中进行数据的相关处理等操作。

Claims (4)

1.一种液体压力管道泄漏检测及泄漏定位装置，其特征在于它包括：用于采集信号的两只压电陶瓷晶体加速度传感器、用于传输信号的两台发射机、用于接收数据并向上位机传送数据的接收机和终端处理数据的上位计算机组成；所述两只压电陶瓷晶体加速度传感器贴附在被测管道的两端；所述发射机包括信号自动放大倍数选择电路、信号动态范围自动增益控制电路、滤波放大电路和无线发射单元；所述信号自动放大倍数选择电路的信号输入端与信号输出端之间有两路并接的信号通路，第一通路是由电压跟随电路U206A与开关电路U208D串联组成，第二通路是由信号比较器U205B、U207和开关电路U208B串联组成；第一通路的开关电路U208D的控制端与比较器U205B的输出端连接，比较器U205B的同相输入端接在串联分压电阻R210、R214的基准电压端，反相输入端接在串联分压电阻R211、R213的基准电压端；第二通路的开关电路U208B的控制端与比较器U205A的输出端连接，比较器U205A的同相输入端接在串联分压电阻R211、R213的基准电压端，反相输入端通过隔离二极管接地，所述比较器U205A输出端与其同相输入端连接；所述接收机包括对收到的信号进行解调和放大的无线接收单元、起到接口作用实现接收机和上位机通信的信号处理电路。

2.如权利要求1所述的一种液体压力管道泄漏检测及泄漏定位装置，其特征在于：在发射机、接收机的电源系统回路中分别串接电源开关控制电路的继电器；所述电源开关控制电路包括：触发器、门电路和继电器。

3.如权利要求2所述的一种液体压力管道泄漏检测及泄漏定位装置，其特征在于：所述电源开关控制电路包括连接在电源系统正极与脉冲产生电路CD4013芯片的CLK1端的按键S501、与脉冲产生电路CD4013芯片的输出端连接的继电器驱动电路CD40106芯片、控制端与继电器驱动电路CD40106芯片输出端连接的继电器。

4.如权利要求1所述的一种液体压力管道泄漏检测及泄漏定位装置，其特征在于：所述信号动态范围自动增益控制电路采用对信号的幅度进行动态控制的NE571芯片电路。

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