CN102226873B - 热石油管道泄露检测系统供电装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种热石油管道泄露检测系统供电装置及控制方法，属于管道检测技术领域。该装置包括热电偶、中间导体、滤波整流模块、充电器、充电电源、传感器通讯装置和DSP控制模块；传感器通讯装置包括加速度传感器和无线通讯模块；该装置的控制方法，包括1、计算在一个周期内的开通时间t；2、将电动势信号变成额定的电压信号输入DSP控制模块的A/D采样通道；3、判断压力大小及变化曲线是否为异常压力信号；4、程序始终运行；本发明的优点：省电抗震性能好、测温范围大、制造工艺简单、价格便宜、提高了测量的精确度，减少了外界环境的外部干扰，从而大大减少了误报率。

Description

热石油管道泄露检测系统供电装置及控制方法

技术领域

本发明属于管道检测技术领域，特别涉及一种热石油管道泄露检测系统供电装置及控制方法。

背景技术

随着管道内检测技术的发展，各种先进的检测设备应用于管道泄露检测领域。目前管道泄漏检测设备定位技术很大一部分是基于加速度传感器和无线通信装置，通过在陆地相隔一定距离安放加速度传感器和无线通讯装置，加速度传感器检测到异常的压力信号后，通过无线通讯装置将接收到的异常信号传给上位机，上位机对接收到的压力信号进行分析处理，准确的判断出泄漏位置；由于加速度传感器和通讯装置安装在户外，这样供电成为该技术推广的一个难题，常由于自身电源系统失效等故障无法发送异常信号，控制中心失去了与地面的联系，影响了上位机的定位，有的甚至造成严重的经济损失。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种热石油管道泄露检测系统供电装置及控制方法。

该装置包括热电偶、中间导体、滤波整流模块、充电器、充电电源、传感器通讯装置和DSP控制模块；

传感器通讯装置包括加速度传感器和无线通讯模块；

热电偶工作端附着在石油管道表面，为了充分利用石油管道表面的热量，热电偶需要与管壁充分的接触，因此，与石油管道接触的热电偶的工作端要做的足够大，附着在管道表面，冷端通过绝缘处理与大地连接，热电偶的中间通过中间导体连接滤波整流模块的输入端，将热电偶产生的电动势接入滤波整流模块，保证产生的电能充分利用，中间导体的材料要均匀，长度合适，接入热电偶回路中。滤波整流模块的输出端连接充电器，充电器连接充电电源，充电电源连接加速度传感器和无线通讯模块，DSP控制模块分别连接滤波整流模块、充电器和充电电源。

该装置的控制方法，按如下步骤进行：

步骤一、DSP控制模块接收从热电偶出来的电动势信号，将电动势信号经过DSP控制模块内部的调理电路处理以后，变成额定的电压信号输入DSP控制模块的A/D采样通道，通过公式

计算在一个周期内的开通时间t，其中U为热电偶的输出电压，U₀为预设的输出电压，T为周期，通过SPWM技术控制滤波整流电路中可控开关一个周期的开通时间，使电路输出稳定的电压；

步骤二、当热电偶的输出电动势信号很小，低于阀值设定电压时，此时为保证供电电路不成为电源的负载，将电动势信号经过DSP控制模块内部的调理电路处理以后，变成额定的电压信号输入DSP控制模块的A/D采样通道，当电压小于U_min时，通过中断进入程序控制DSP控制模块通用输入输出引脚产生脉冲信号，并关断控制开关；

步骤三、加速度传感器将采集到的压力信号传给DSP控制模块，转化为数字信号，并将压力值储存在数据表中，根据采集到的曲线的压力大小及变化曲线，判断是否为异常压力信号，如有可能为异常压力信号，通过中断进入程序，DSP控制模块产生脉冲信号激活处于休眠状态的无线通讯模块，当异常压力信号处理完成，有终端发信号，使无线通讯模块再次处于休眠状态；

步骤四、正常工作时步骤一程序始终运行，步骤三的中断的优先级比步骤二的终端的优先级要低。

本发明的优点：处理器DSP TMS 320LF2407采用两种工作模式，省电模式和工作模式，当电源的电量低于某一数值时，处理器及DSP工作于充电模式，当电源的电量充满的时候，工作于省电模式，并将热电偶产生的电量通过50K欧姆电阻消耗掉。热电偶装配简单、压簧式感温元件、抗震性能好、测温范围大、在测温范围内热电性质稳定、不易氧化和腐蚀、制造工艺简单、价格便宜、能够适用于各种恶劣的环境。为了提高加速度传感器和通讯装置的使用寿命，当管线的压力稳定时，震荡传感器和通讯装置处于休眠状态，当压力有变化的时候，激发正当传感器和通讯装置处于正常工作状态。本发明采用便携式检测方式，大大的节省了安装布线的费用，大大降低了系统的造价。本发明提高了测量的精确度，减少了外界环境的外部干扰，从而大大减少了误报率。

附图说明

图1为本发明电路结构框图；

图2为本发明BOOST升压斩波电路原理图；

图3为本发明充电器电路原理图；

图4为本发明DSP控制模块电路原理图；

图5为本发明控制方法流程图；

图6为本发明石油管道的正常实时压力曲线；

图7为本发明石油管道的异常压力曲线。

具体实施方式

本发明结合具体实施例和说明书附图加以详细说明。

此装置适用于热石油长输管道，管道的外壁温度可达到80℃，而环境中的温度一般是20℃左右，有50℃以上的温差，利用两者的温差，根据热电偶的原理，可以将管壁的热量转化为电能，具体操作是：将热电偶的一端也就是热端固定在管道表面，另一端(自由端)通过绝缘处理与外部环境直接接触，这样热电偶的两端可达到50℃以上的温差，因此，将两端连接成回路，在回路中就会形成一定的电动势，这种电动势称为热电动势；根据中间导体定律(在热电偶回路中接入中间导体，只要中间导体两端温度相同，中间导体的引入对热电偶回路总电势没有影响)，在回路中引入一根导体将产生的电流通过滤波整流电路、充电器电路为充电电池充电。为了保证电池供电的持久性，引入6组热电偶产生足够大的持续充电电流，保证电池电量。

本实施例中滤波整流模块选用BOOST升压斩波电路；无线传输模块选用GPRS无线传输模块；DSP控制模块选用TMS320LF2407；热电偶型号镍镉硅-镍硅WRN；中间导体是加绝缘外套的导体(金、银、铜、或者导电良好的合金)；加速度传感器ADXL203CE。

该装置如图1所示，包括热电偶、中间导体、滤波整流模块、充电器、充电电源、传感器通讯装置和DSP控制模块；

传感器通讯装置包括加速度传感器和无线通讯模块；

热电偶工作端附着在石油管道表面，为了充分利用石油管道表面的热量，热电偶需要与管壁充分的接触，因此，与石油管道接触的热电偶的工作端要做的足够大，附着在管道表面，冷端通过绝缘处理与大地连接，热电偶的中间通过中间导体连接滤波整流模块的输入端，将热电偶产生的电动势接入滤波整流模块，保证产生的电能充分利用，中间导体的材料要均匀，长度合适，接入热电偶回路中。滤波整流模块的电压输出端U连接充电器的电压端U，充电器的另一侧电压端连接充电电源，充电电源连接加速度传感器和无线通讯模块，DSP控制模块的PWM1端口连接滤波整流模块的控制开关CK控制引脚，DSP控制模块的PWM2端口连接充电器CK2，DSP控制模块连接充电电源。

由于热电偶产生的电能有限，为了保证能够合理利用热电偶产生的电能，将电动势接入图2所示的电路。L储能之后具有使电压泵升的作用，电容C可将输出电压保持住。可控开关V有DSP控制，根据公式

根据输入的电压Uo和设定的电压U控制开关在一个周期内的开通时间。

充电器电路采用如图3所示，6反相器的1、2反相器接成矩形波发生器，剩余的反相器并连起来，用以驱动开关管，二极管VD为防逆流二极管，避免充电电池向整流滤波电路放电，为了防止电池的的过充，可控开关的关断通过检测到的充电电池的电压是否满负荷，控制开关的开通和关断，同时考虑输入电压U，当供电不足时，使供电电路不得成为电池的负载。

加速度传感器在输入端加入贝塞尔滤波器，从而减少误报率。

无线通讯模块的前面加入控制电路，控制无线通讯模块的工作状态。

把热电偶、滤波整流电路、充电器、加速度传感器和无线通讯模块组成一个完整的整体，将滤波整流电路、充电器、充电电源以及DSP控制模块制作在一个电路板上，如图4所示：

1，将热电偶产生的电压U，经过电压调理电路变成0-3V的电压信号，电压调理电路如图3所示，具体描述如下，首先通过电容C1，将谐波滤除掉，接着经过反相跟随器，这时电压反相，再经过反相比例电路调整电压的大小，转化为正相电压，经过最后的抬升电路将电压转化为0-3V电压信号输入到ADCIN00引脚，另外将充电电压、电源电压、传感器压力信号经过同样的电路分别输入到DSP的ADCIN01ADCIN02、ADCIN03引脚。

2，时钟部分外部采用频率为30M的石英晶体，通过内部锁相环(PLL)倍频为150M，石英晶体的两个引脚分别连接到DSP的XTAL1和XTAL2引脚，另外的引脚经过电容接地。

3，复位电路采用MAX811芯片，此芯片的引脚1直接接地，引脚2连接到DSP的复位引脚RS，引脚3通过按键接地，引脚4与12V电源相连；供电电源采用TPS7333芯片，此芯片的引脚1GND接地，引脚2EN通过电容C连接到12V电源，另一端通过一个极性电容连接到DSP的VDD引脚上，引脚3与引脚4直接连接到12V电源上，引脚5、6、7直接连接到DSP的VDD引脚上，引脚8通过电阻R连接到DSP的VDD引脚上。

4，DSP的PWM1引脚首先连接到光电隔离电路的输入端，光电隔离电路的另一个输入端接12V电源，光电隔离电路的输出引脚连接到如图5所示的升压驱动电路的输入端口，升压驱动电路的输出端口连接到图2所示电路的控制开关CK的控制引脚，DSP的PWM2引脚经过相同的电路连接到图3所示电路的控制开关CK2的控制引脚。

5，DSP的VSS引脚接地，其他引脚悬空。

该装置的控制方法，按如下步骤进行：

步骤一、DSP控制模块接收从热电偶出来的电动势信号，将电动势信号经过DSP控制模块内部的调理电路处理以后，变成0-3V的电压信号输入DSP控制模块的A/D采样通道，通过公式

计算在一个周期内的开通时间t，其中U为热电偶的输出电压，U₀为预设的输出电压，T为周期，通过SPWM技术控制滤波整流电路中可控开关一个周期的开通时间，使得图2中电路输出稳定的电压。

步骤二、当热电偶的输出电动势信号很小，低于阀值电压6V时，此时为保证供电电路不成为电源的负载，将电动势信号经过DSP控制模块内部的调理电路处理以后，变成0-3V的电压信号输入DSP控制模块的A/D采样通道，当电压小于1.5V时，通过中断进入程序控制DSP控制模块通用输入输出引脚GPIO产生脉冲信号，关断图3中的控制开关CK。

步骤三、加速度传感器将采集到的压力信号传给DSP控制模块，转化为数字信号，并将最近五分钟的压力值储存在数据表中，根据采集到的曲线的压力大小及变化曲线，判断是否为异常压力信号，正常的压力曲线如图6所示异常的压力曲线如图7所示如有可能为异常压力信号，通过中断进入程序，DSP控制模块产生脉冲信号激活处于休眠状态的无线通讯模块，当异常压力信号处理完成，有终端发信号，使无线通讯模块再次处于休眠状态。

步骤四、正常工作时步骤一程序始终运行，步骤三的中断的优先级比步骤二的终端的优先级要低。

Claims (2)

1.一种热石油管道泄露检测系统供电装置，其特征在于：该装置包括热电偶、中间导体、滤波整流模块、充电器、充电电源、传感器通讯装置和DSP控制模块；

传感器通讯装置包括加速度传感器和无线通讯模块；

热电偶工作端附着在石油管道表面，热电偶冷端通过绝缘处理与大地连接，热电偶的中间通过中间导体连接滤波整流模块的输入端，滤波整流模块的输出端连接充电器，充电器连接充电电源，充电电源连接加速度传感器和无线通讯模块，DSP控制模块分别连接滤波整流模块、充电器和充电电源；

所述充电器电路采用6个反相器的1、2反相器接成矩形波发生器，剩余的反相器并连起来，用以驱动开关管，二极管VD为防逆流二极管。

2.采用权利要求1所述的热石油管道泄露检测系统供电装置的控制方法，其特征在于：按如下步骤进行：

步骤一、DSP控制模块接收从热电偶出来的电压信号，将电压信号经过DSP控制模块内部的调理电路处理以后，变成额定的电压信号输入DSP控制模块的A/D采样通道，通过公式计算在一个周期内的开通时间t，其中U为热电偶的输出电压，U₀为预设的输出电压，T为周期，通过SPWM技术控制滤波整流电路中可控开关一个周期的开通时间，使电路输出稳定的电压；

步骤二、当热电偶的输出电压信号很小，低于阀值设定电压时，将电压信号经过DSP控制模块内部的调理电路处理以后，变成额定的电压信号输入DSP控制模块的A/D采样通道，当电压小于U_min时，通过中断进入程序控制DSP控制模块输入输出引脚产生脉冲信号，并关断控制开关；其中U_min表示为热电偶的最小输出电压；

步骤三、加速度传感器将采集到的压力信号传给DSP控制模块，DSP控制模块将采集的压力信号转化为数字信号，并将压力值储存在数据表中，根据采集到的曲线的压力大小及变化曲线，判断是否为异常压力信号，如有可能为异常压力信号，通过中断进入程序，DSP控制模块产生脉冲信号激活处于休眠状态的无线通讯模块，当异常压力信号处理完成，由终端发信号，使无线通讯模块再次处于休眠状态；

步骤四、正常工作时步骤一程序始终运行，步骤三的中断的优先级比步骤二的终端的优先级要低。

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