CN101598263B - 便携式管道泄漏检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种便携式管道泄漏检测方法及装置，属于管道检测技术领域，检测方法步骤如下：1、从压力变送器采集瞬变压力信号；2、对检测到的信号进行滤波；3、把滤波信号以时间段分组；4、建立数据库、5、给出最终的诊断结果；6、判断其诊断结果；7、循环检测。该检测装置包括采集模块、信号调理板、A/D模块、ARM处理器、CDMA模块、FLASH模块和键盘显示设备。本发明的优点：实时监测管道是否有泄漏发生，通过逐渐缩短检测线路确定微小泄漏源位置；两个采集站之间安装管道泄漏检测装置加强对信号的检测力度，灵敏检测微小泄漏和缓变泄漏。
Description
技术领域
本发明属于管道检测技术领域，特别涉及一种便携式管道泄漏检测方法及装置。
背景技术
我国油气管道安装的实时泄漏检测装置主要依赖于管路两端采集到的瞬变信号而设计的，其中瞬变信号包括瞬时压力变化、瞬时流量变化等，其中最重要的是瞬时压力变化信号。如中国发明专利申请第96121000.1、99107241.3号及中国实用新型专利申请第02235420.4号等。这些检测方法主要是基于管道内流体的压力、流量变化或负压波来判断是否存在泄漏事故，虽然这些方法对于管道内流体的压力、流量的大规模突发性变化比较敏感，可以有效地检测出人为或正常的泄漏事故，但是，由于有些管 道在安装泄漏检测装置就有可能之前已经遭到了意外的破坏，或者在隐蔽处输油管道中产生支路，这些支路大部分时间是常开的，因此不会使输油管道中的流量和压力产生较大的波动，这样即使在该管道上安装了常规的泄漏检测装置也无法检测到泄漏点，此外，在输油管路采用缓慢放油的过程，或其支管相对输油管道很细，常规的泄漏检测装置也无法检测到该类泄漏。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的提供了一种便携式管道泄漏检测方法及装置，通过独立地完成子站的作用，独立地采集数据并完成对数据的分析和处理，实时监测管道的泄漏，通过无线通讯使其与相邻子站之间，与服务器之间的数据进行传送，逐渐缩短检测线路，加强对信号的检测力度，以达到灵敏检测管路泄漏的目的。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明一种便携式管道泄漏检测装置包括采集模块、信号调理板、A/D模块、ARM处理器、FLASH模块、键盘显示设备和CDMA模块，其中采集模块包括压力变送器和振动传感器。
该装置中压力变送器的输出端和振动传感器的输出端同时连接信号调理板的输入端；信号调理板的输出端连接到A/D模块；A/D模块连接ARM处理器；FLASH模块、键盘显示设备的输出端和CDMA模块的输出端分别连接ARM处理器。
一种便携式管道泄漏检测装置的检测方法，步骤如下：
步骤1、从压力变送器采集瞬变压力信号，压力信号为1～5V电压信号；
步骤2、对检测到的信号进行滤波，首先利用阻容滤波把大于1KHz的高频信号滤掉，然后利用非抽样小波滤波方法对数据进行滤波，还原信号的内部动态；
步骤3、把滤波信号以时间段分组，利用混沌理论的相空间重构技术实时确定嵌入维和嵌入延迟；
步骤4、根据管路两端传递过来管路工况建立数据库；
步骤5、利用BP神经网络对这时间段数据进行实时故障诊断；与步骤4中所建立的数据库进行比较，如这时间段数据不在所建立的数据库范围内，则为异常；
步骤6、判断诊断结果，如果诊断结果有异常则报警，没有出现异常则采用先进先出的方式实时更新时间段数据组；
步骤7、此种检测为循环检测，不断重复步骤3-步骤6。
本发明一种便携式管道泄漏检测装置的测试过程如下：
1、如果输油管道中有缓慢泄漏或者长流水泄漏，因为压力变化固定而无法定位泄露点时，可以在输油管道中加装便携式管道泄漏检测装置，进行逐段检测，逐步缩短检测距离，直到最终寻找到泄漏点，在进行逐段检测过程中，如果被选定的管路没有高差小于50米，可以直接在被选定管路中间位置加装一台便携式管道泄漏检测装置，采用便携式管道泄漏检测装置的检测方法，可以确定微小泄漏点的位置，如果被选定管路有高差，在高差较低端先加装一台便携式管道泄漏检测装置，首先判断泄露是否出现在这段有高差的管路线路上；
2、如果存在微小泄露的管线上，存在M型管道，因为M型管道上有高点的存在，致使压力信号无法远传，被检测的信号每过一个高点，都会发生衰减，可以将便携式管道泄漏检测装置可安装在两个M型管道的高点处，多M型可以安装在多个高点处，加强对信号的检测力度；
3、对于管路上从没有加装固定泄漏检测装置，只是临时检测管道当中是否存在泄漏现象，可以直接在管路两端安装便携式管道泄漏检测装置，并且在两个便携式管道泄漏检测装置当中再加装一台便携式管道泄漏检测装置，通过移动中间的便携式管道泄漏检测装置进行管道当中的泄漏检测，将检测结果通过无线微波通讯传送到服务器。
本发明的优点：可以独立地完成子站的作用，独立地采集数据并完成对数据的分析和处理，实时监测管道是否有泄漏发生，通过无线通讯技术与相邻子站之间，与服务器之间的数据进行传送，通过逐渐缩短检测线路确定微小泄漏源位置；两个采集站之间安装管道泄漏检测装置加强对信号的检测力度，灵敏检测微小泄漏和缓变泄漏。
附图说明
图1为本发明一种便携式管道泄漏检测装置的结构框图；
图2为本发明一种便携式管道泄漏检测装置的信号调理板电原理图；
图3为本发明一种便携式管道泄漏检测装置的FLASH模块和ARM处理器的电原理图；
图4为本发明一种便携式管道泄漏检测装置的CDMA模块电原理图；
图5为本发明一种便携式管道泄漏检测装置检测方法流程图。
图6为本发明一种便携式管道泄漏检测装置测试结构图。
图中：1采集模块，2信号调理板，3A/D模块，4ARM处理器，5FLASH模块，6键盘显示设备，7CDMA模块，8输油管道，9便携式管道泄漏检测装置，10服务器，11无线微波通讯。
具体实施方式
本发明一种便携式管道泄漏检测方法及装置结合实施例加以说明。
一种便携式管道泄漏检测装置包括采集模块(1)、信号调理板(2)、A/D模块(3)、ARM处理器(4)、FLASH模块(5)、键盘显示设备(6)和CDMA模块(7)，其中采集模块(1)包括压力变送器和振动传感器，ARM处理器(1)选择S3C2440型号。
该装置的连接如图1所示，压力变送器的输出端和振动传感器的输出端同时连接信号调理板(2)的输入端DIN1、DIN2、DIN3、DIN4、DIN5、DIN6、DIN7，利用压力变送器和振动传感器在现场采集信号；如图2所示，信号调理板(2)的输出端AIN0、AIN1、AIN2、AIN3、AIN4、AIN5、AIN6、AIN7连接A/D模块(3)的输入端，其中A\D转换器为ARM处理器(4)S3C2440自带的，如图3所示，即连接到ARM处理器(4)S3C2440的AIN0、AIN1、AIN2、AIN3、AIN4、AIN5、AIN6、AIN7接口，经过信号调理板(2)进行滤波处理后，并将滤波后的信号调整为能够被A/D模块(3)接受的范围；由A/D模块(3)转换为数字信号，将该数字信号发送到ARM处理器(4)，利用ARM处理器(4)对数据进行处理，判断所测管道是否发生泄漏，确定泄漏地点；键盘显示设备(6)连接ARM处理器(4)，如图4所示，CDMA模块(7)的接口RSTXDO、RSRXDO、RSRTSO、RSCTSO分别连接到ARM处理器(4)的RSTXDO、RSRXDO、RSRTSO、RSCTSO接口，通过串口将图文信息在装置外设的键盘显示设备(6)上直接显示；同时通过CDMA模块(7)将报警信息发送给指定工作人员手机上，如图3所示，FLASH模块的LnWBE0、LnWBE1、LnWBE2、LnWBE3、LSCKE、LSCK0、LSCK1接口连接ARM处理器(4)S3C2440的LnWBE0、LnWBE1、LnWBE2、LnWBE3、LSCKE、LSCK0、LSCK1接口。
本发明一种便携式管道泄漏检测装置的检测方法，是一种能检测微小泄露的检测方法，此种泄露检测方法，将微弱信号从有效杂波干扰中检测出来，，检测方法步骤如下：如图5所示，
步骤1、首先利用压力变送器在现场采集压力信号，压力信号为1～5V电压信号；
步骤2、利用阻容滤波把大于1KHz的高频信号滤掉，进行信号的粗过滤，去除干扰和采样噪声，利用公式：z＝1/RC其中：z——截止频率值；R——电阻阻值；C——滤波电容值，通过上面的公式可以计算出如果截止频率设置为1KHz求得电阻R＝2Ω，电容C＝0.47μF，将滤波后的压力信号在利用非抽样小波滤波进行精过滤，进一步还原被检测信号，滤波前后的采样信号仍有干扰，经过二级滤波处理后显著减少谐波干扰；
步骤3、把每10分钟的滤波信号分为一组，此为一组输油管道压力时间序列，证明输油管道压力时间序列具有混沌动态特性，可以得到：输油管道压力时间序列是一个非线性的物理过程；输油管道压力时间序列关联维具有分形特性且与压力值、温度等参数无关，是不依赖于环境的常量；输油管道压力时间序列的嵌入维为5维；
步骤4、建立的泄漏检测系统是混沌的，通过短期的时间预测来预测系统的正常趋势，对微弱的泄漏信号进行判断，达到诊断泄漏故障的目的，根据管路两端传递过来管路工况所建立的数据库；
步骤5、BP神经网络的在线故障诊断的设计，与步骤4中所建立的数据库进行比较，如这时间段数据不在所建立的数据库范围内，则为异常；P神经网络的在线故障诊断的设计分为如下几个步骤完成：
1).求出嵌入延迟τ和最佳嵌入维d，利用历史时间序列V重构相空间：
Xt＝(xt，xt+τ，xt+2τ，…，xt+(d-1)τ)
式中t＝1，2，…Md，Md＝N-(d-1)τ，xt代表历史被测压力信号，xt+x代表其他某个时刻的被测信号，Md代表最佳嵌入维，N代表历史数据的个数，Md个d维矢量在d维相空间描述出的轨迹把混沌吸引子完全展开，在拓扑等价的意义下恢复原来系统的动力学行为；
2).由于无法利用统一的模型来对压力时间序列建模，而实时判断故障诊断需要准确预测输出值，所以可以局部的对压力时间序列利用神经网络建模，神经网络本质上是非线性映射关系，而非线性是混沌存在的基本要素，是非线性系统逼近和建模的有效工具，借助神经网络可以建立混沌系统局部的短期预测模型实现在线学习和预测；
3).实时数据xi联合历史数据组成输入向量，作为当前神经网络的输入，则可以得到预测的下一步输出xi+1；
4).包括实时数据xi在内共k个向量Xi，Xi-1，…Xi-k+1实时训练BP网络，得到的权值用来实时更新下一步预测的BP网络的权值；
5).xi和其预测值xi的预测误差值err作为故障判断的依据，如果err＞RT，则说明当前数据有超出规定数据，否则继续判断，RT为预先设定或者通过自动识别得到的阈值；
其中，第1)、2)步利用历史数据离线完成，为了保证诊断的实时性3)、4)、5)步应同时进行；
步骤6、判断诊断结果，如果诊断结果有异常则报警，没有出现异常则采用先进先出的方式实时更新时间段数据组；
步骤7、此种检测为循环检测，不断重复步骤3-步骤6。
本发明一种便携式管道泄漏检测装置的测试过程如下：如图6所示，
1、如果输油管道8中有缓慢泄漏或者长流水泄漏，因为压力变化固定而无法定位泄露点时，可以在输油管道8中加装便携式管道泄漏检测装置9，进行逐段检测，逐步缩短检测距离，直到最终寻找到泄漏点，在进行逐段检测过程中，如果被选定的管路没有高差小于50米，可以直接在被选定管路中间位置加装一台便携式管道泄漏检测装置9，采用便携式管道泄漏检测装置9的检测方法，可以确定微小泄漏点的位置，如果被选定管路有高差，在高差较低端先加装一台便携式管道泄漏检测装置9，首先判断泄露是否出现在这段有高差的管路线路上；
2、如果存在微小泄露的管线上，存在M型管道，因为M型管道上有高点的存在，致使压力信号无法远传，被检测的信号每过一个高点，都会发生衰减，可以将便携式管道泄漏检测装置9可安装在两个M型管道的高点处，多M型可以安装在多个高点处，加强对信号的检测力度；
3、对于管路上从没有加装固定泄漏检测装置，只是临时检测管道当中是否存在泄漏现象，可以直接在管路两端安装便携式管道泄漏检测装置9，并且在两个便携式管道泄漏检测装置9当中再加装一台便携式管道泄漏检测装置9，通过移动中间的便携式管道泄漏检测装置9进行管道当中的泄漏检测，将检测结果通过无线微波通讯11传送到服务器10。
Claims (2)
1.一种便携式管道泄漏检测装置检测方法，其特征在于该检测方法步骤如下：
步骤1、从压力变送器采集瞬变压力信号，压力信号为1～5V电压信号；
步骤2、对检测到的信号进行滤波，首先利用阻容滤波把大于1KHz的高频信号滤掉，然后利用非抽样小波滤波方法对数据进行滤波，还原信号的内部动态；
步骤3、把滤波信号以时间段分组，利用混沌理论的相空间重构技术实时确定嵌入维和嵌入延迟；
步骤4、根据管路两端传递过来管路工况建立数据库；
步骤5、利用BP神经网络对每个时间段数据进行实时故障诊断，与步骤4中所建立的数据库进行比较，如该时间段数据不在所建立的数据库范围内，则为异常；
1).求出嵌入延迟τ和最佳嵌入维d，利用历史时间序列V重构相空间：
Xt＝(xt，xt+τ，xt+2τ，…，xt+(d-1)τ)
式中t＝1，2，…Md，Md＝N-(d-1)τ，xt代表历史被测压力信号，xt+x代表其他某个时刻的被测信号，Md代表最佳嵌入维，N代表历史数据的个数，Md个d维矢量在d维相空间描述出的轨迹把混沌吸引子完全展开，在拓扑等价的意义下恢复原来系统的动力学行为；
2).由于无法利用统一的模型来对压力时间序列建模，而实时判断故障诊断需要准确预测输出值，所以可以局部的对压力时间序列利用神经网络建模，神经网络本质上是非线性映射关系，而非线性是混沌存在的基本要素，是非线性系统逼近和建模的有效工具，借助神经网络可以建立混沌系统局部的短期预测模型实现在线学习和预测；
3).实时数据xi联合历史数据组成输入向量，作为当前神经网络的输入，则可以得到预测的下一步输出
4).包括实时数据xi在内共k个向量Xi，Xi-1，…Xi-k+1实时训练BP网络，得到的权值用来实时更新下一步预测的BP网络的权值；
5).xi和其预测值
的预测误差值err作为故障判断的依据，如果err＞RT，则说明当前数据有超出规定数据，否则继续判断，RT为预先设定或者通过自动识别得到的阈值；
其中，第1)、2)步利用历史数据离线完成，为了保证诊断的实时性3)、4)、5)步应同时进行；
步骤6、判断诊断结果，如果诊断结果有异常则报警，没有出现异常则采用先进先出的方式实时更新时间段数据组；
步骤7、此种检测为循环检测，不断重复步骤3-步骤6。
2.一种便携式管道泄漏检测装置，该装置包括采集模块(1)、信号调理板(2)、A/D模块(3)、ARM处理器(4)、FLASH模块(5)、键盘显示设备(6)和CDMA模块(7)，其中采集模块(1)包括压力变送器和振动传感器；该装置中压力变送器的输出端和振动传感器的输出端同时连接信号调理板(2)的输入端；信号调理板(2)的输出端连接到A/D模块(3)；A/D模块(3)连接ARM处理器(4)；FLASH模块(5)、键盘显示设备(6)的输出端和CDMA模块(7)的输出端分别连接ARM处理器(4)。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Granted publication date: 20121121 Termination date: 20140710 |
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