CN104344218A - 集成多传感器的智能输送管道及监控系统 - Google Patents

Abstract

一种集成多传感器的智能输送管道及其监测系统，包括:基站、输送管道、无线传感器节点,其特征在于所述基站接收和处理无线传感器节点发送的数据，传感器模块集成有温度传感器和湿度传感器和分布式光纤传感器、测力应变计、压力传感器、流量计、超声波传感器的接口，处理器模块由微处理单元和无线通信单元两个功能模块组成，无线传感器节点由无线定时充电方式供电，输送管道上设有附加腔体，无线传感器节点安装在附加腔体内。本发明的优点是传感器模块集成了多种传感器对输送管道的进行监控，传感器节点与基站实现信号数据的无线传输，采用无线充电技术实现对传感器节点的电能供给，避免电缆布线，实现了输送管道的多数据量的高效监测。

Description

集成多传感器的智能输送管道及监控系统

技术领域

本发明涉及一种管道监测设备,特别涉及一种集成多传感器的智能输送管道及其监测系统。

背景技术

管道运输已成为继公路、铁路、水运和航空之后第5大交通运输方式，目前承担着国家70%的原油和99%的天然气的运输任务。伴随着国民经济规模的不断扩大和石油工业的蓬勃发展，管道运输已基本形成全国骨干线联网。

管道输送具有占地少、损耗少、成本低、输量大、快捷方便等优点，但也有管线长、跨区域多、沿途地质状况和自然环境复杂多变，对管材质量、施工质量、监控水平、安全保障性要求高等特点。

目前油气管道输送故率还较高，主要是管道监测系统还比较落后，大部分停留在人工巡逻的基础上。已有的监测系统存在系统稳定性差、灵敏度低、容易误报和漏报、无法准确定位故障点、信息化程度低等问题。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷,提供一种集成多传感器的智能输送管道及其监测系统。本发明包括:基站、输送管道、管道末端的无线传感器节点,无线传感器节点包括传感器模块、处理器模块、电源管理模块，基站由信号接收模块和信号处理存储模块组成，基站的信号接收模块经无线通信网络接收无线传感器节点发送的数据，信号处理存储模块处理从信号接收模块得到的数据，并存储管道出现异常情况的数据，基站设在距离无线传感器节点100～200m范围内。无线传感器节点的传感器模块集成有温度传感器和湿度传感器和分布式光纤传感器、测力应变计、压力传感器、流量计、超声波传感器的接口，无线传感器节点的处理器模块由微处理单元和无线通信单元两个功能模块组成，由上述传感器采集到的信息经微处理单元处理后由无线通信单元发送給基站，无线传感器节点由无线定时充电方式供电，输送管道在接口一端设有用于安装无线传感器节点的附加腔体，腔体给无线传感器节点提供必要的机械保护和安装平台。无线传感器节点安装在输送管道上的附加腔体内。整个管道系统采用模块化设计，以便维修及更新。基站采用传统的有线供电方式，传感器结点采用无线充电新型技术定时充电，保证其正常工作。

所述的无线通信单元，采用符合2.4GHz的IEEE802.15.4标准的射频收发器。以确保短距离通信的有效性和可靠性。

所述的输送管道的附加腔体内还设有分布式光纤传感器、温度传感器、湿度传感器、超声波传感器。

所述输送管道上设有经防漏处理的压力传感器安装孔，压力传感器的应变片粘贴在输送管道的内壁上，监测管道内的流体压力状况。

所述测力应变计的应变片粘贴在输送管道外壁上。

所述的流量计为超声波流量计,超声波传感器直接夹持在输送管道外壁上。

所述分布式光纤传感器基于自发布里渊散射的布里渊光时域反射计（BrillouinOpticalTime-DomainReflectometer简称BOTDR）技术探测管道沿光纤不同位置的变形和温度的变化，输送管道表面铺设光纤，分布式光纤传感器还设有检测器、耦合器和激光器安装于输送管道的附属腔体中与传感器模块上分布式光纤传感器的接口相连。

本发明的优点是传感器模块集成了多种传感器对输送管道的健康状况进行监控，传感器节点与基站进行无线通信，实现信号数据的无线传输，采用无线充电技术实现对传感器节点的电能供给，因而在避免了冗余的电缆布线的同时，实现了输送管道的多数据量的高效监测。

附图说明

图1输送管道监控系统结构原理图；

图2输送管道外型结构示意图；

图3无线传感器节点原理框图；

图4分布式光纤传感器安装布置图；

图5超声波流量计安装示意图；

图6超声波流量计横截面安装示意图；

图7压力传感器安装示意图；

图8测力应变计布局安装示意图。

图中：201附加腔体、202压力传感器安装孔、301传感器模块、302处理器模块、303电源管理模块、501上游传感器、502下游传感器。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的实施例：

参见错误！未找到引用源。，本实施例的集成多传感器的智能输送管道及监控系统是由基站，无线传感器节点和设有附加腔体的输送管道组成。无线传感器节点安装在输送管道的附加腔体内。无线传感器节点与基站之间进行数据的传输，基站设在距离无线传感器节点100～200m范围内。本实施例的距离为200m。基站由信号接收模块和信号处理存储模块组成，基站的信号接收模块经无线通信网络接收无线传感器节点发送的数据，信号处理存储模块分析处理从信号接收模块得到的数据，并存储管道出现异常情况的数据。

参见错误！未找到引用源。，是输送管道的外型结构示意图，和一般管道的区别是，在管道的接口一端，安装有附加腔体201，为传感器节点提供安装平台及必要的机械保护。在腔体中有经过防漏设计的压力传感器安装孔202。

参见错误！未找到引用源。，是本发明的核心——无线传感器节点。无线传感器节点包括传感器模块301，处理器模块302和电源管理模块303三个部分。传感器板301上集成有温度传感器和湿度传感器和分布式光纤传感器、测力应变计、压力传感器、流量计、超声波传感器的接口。温度传感器和湿度传感器直接集成在传感器板上，分布式光纤传感器、应变测力计、压力传感器、流量计、超声波传感器在传感器板上设置相应的接口。以便将这些传感器安装在适当的测量点。

参见图3中的处理器模块302，包括微处理单元和无线通信单元。微处理单元选用面向高端应用的增强型16bit指令字长的单片机。可实现对传感器板输出的模拟或数字信号进行采集和预处理，与无线收发模块进行数据交换，实现数据传输。除此之外，选用的单片机还具有低电压检测，看门狗定时器和休眠功能，芯片配置比特，在线串行烧写等特殊功能，加强系统的可靠性和设计的灵活性。无线通信单元采用符合2.4GHz的IEEE802.15.4标准的射频收发器。

参见图3中的电源管理模块303，采用先进的无线充电技术，避免了外接电源连线的弊端。

参见图4，是分布式光纤传感器安装布置图，分布式光纤传感器基于自发布里渊散射的布里渊光时域反射计（BrillouinOpticalTime-DomainReflectometer简称BOTDR）的技术探测管道沿光纤不同位置的变形和温度的变化。光纤贴着管道表面铺设，分布式光纤传感器设有的检测器、耦合器和激光器安装在管道的附属腔体中，与传感器模块上分布式光纤传感器的接口相连。

参见图5、图6，是超声波流量计安装示意图、超声波流量计截面安装示意图，流量计采用信号衰减小的Z法安装方式。上游传感器501与下游传感器502之间保证合适的安装距离。

参见图7，是压力传感器的安装示意图，压力传感器安装在管道的附加腔体内，通过压力传感器安装孔安装在输送管道上。探测管道连接口处的压力。

参见图8，是测力应变计布局安装示意图，应变计安装在输送管道的连接端，沿管道的周向均布地贴有8片应变花，应变计的安装通过防水防腐蚀处理。应变计的输出端与传感器板的应变测力计相连。

本实施例能够智能监测输送管道的健康状况，通过分布式光纤传感器检测系统能够预警输送管道的泄漏情况。超声流量计能够提够管道的流量信息，为石油天然气公司的输送部分提供数据参考。在管道关键的连接处，压力传感器能提供管道内的流体压力情况，实现管道的压力监控，周向阵列式的测力应变计能够检测管道连接处的受力情况，在预警管道的受力过载的同时，监控管道的疲劳损伤状况。智能输送管道采用无线信号数据传输和无线充电技术，避免了额外且复杂的电缆布线问题。基站与智能管道配套使用，组成完整的管道监控系统，以实现输送管道的多数据量的高效检监测。

Claims (7)

1.一种集成多传感器的智能输送管道及其监测系统，包括:基站、输送管道、管道末端的无线传感器节点,无线传感器节点包括传感器模块、处理器模块、电源管理模块，基站由信号接收模块和信号处理存储模块组成，基站的信号接收模块经无线通信网络接收无线传感器节点发送的数据，信号处理存储模块处理从信号接收模块得到的数据，并存储管道出现异常情况的数据，基站设在距离无线传感器节点100～200m范围内，无线传感器节点的传感器模块集成有温度传感器和湿度传感器和分布式光纤传感器、测力应变计、压力传感器、流量计、超声波传感器的接口，无线传感器节点的处理器模块由微处理单元和无线通信单元两个功能模块组成，由上述各传感器采集到的信息经微处理单元处理后由无线通信单元发送給基站，无线传感器节点由无线定时充电方式供电，输送管道在接口一端设有用于安装无线传感器节点的附加腔体，无线传感器节点安装在输送管道上的附加腔体内。

2.根据权利要求1所述的集成多传感器的智能输送管道及其监测系统，其特征在于所述的无线通信单元，采用符合2.4GHz的IEEE802.15.4标准的射频收发器。

3.根据权利要求1所述的集成多传感器的智能输送管道及其监测系统，其特征在于所述分布式光纤传感器、温度传感器、湿度传感器、超声波传感器安装在输送管道的附加腔体内。

4.根据权利要求1所述的集成多传感器的智能输送管道及其监测系统，其特征在于所述输送管道上设有经防漏处理的压力传感器安装孔，压力传感器的应变片粘贴在输送管道的内壁上，监测管道内的流体压力状况。

5.根据权利要求1所述的集成多传感器的智能输送管道及其监测系统，其特征在于所述测力应变计的应变片粘贴在输送管道外壁上。

6.根据权利要求1所述的集成多传感器的智能输送管道及其监测系统，其特征在于所述的流量计为超声波流量计，超声波传感器夹持在输送管道外壁上。

7.根据权利要求1所述的集成多传感器的智能输送管道及其监测系统，其特征在于所述分布式光纤传感器是基于自发布里渊散射的布里渊光时域反射计技术探测管道沿光纤不同位置的变形和温度的变化，输送管道表面铺设光纤，分布式光纤传感器还设有检测器、耦合器和激光器安装于输送管道的附属腔体中与传感器模块上分布式光纤传感器的接口相连。