CN109973824A - 一种基于物联网技术及采用微光能源补偿实现长续航的ldar探测器 - Google Patents
一种基于物联网技术及采用微光能源补偿实现长续航的ldar探测器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网技术及采用微光能源补偿实现长续航的LDAR探测器，包括探测器本体，包括安装底座和与安装底座一体成型的工作腔体，所述工作腔体呈圆柱形薄壁状，所述微光能源补偿装置放置于工作腔体内部且位于探测电路装置的上方，自上而下依次分布有薄膜太阳能板、主控电路板、钠离子电池板，所述薄膜太阳能板、钠离子电池板分别与所述主控电路板电性连接，所述主控电路板通过导线与探测电路装置的供电系统连接。采用薄膜太阳能电池技术，环境中的微弱光源透过防爆玻璃被薄膜太阳能板吸收转化为电能储存起来以供探测器使用，这种结构的探测器可以在保留原有装置尺寸大小的前提下，增加其续航时长，减少运营维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及气体泄漏检测设备领域，特别涉及一种基于物联网技术及采用微光能源补偿实现长续航的LDAR探测器。
背景技术
LDAR 技术 leak detection and repair (泄漏检测与修复)，是通过对炼化装置潜在泄漏点进行检测，及时发现存在泄漏现象的组件，并进行修复或替换，进而实现降低泄漏排放。该技术采用固定或移动监测设备，监测化工企业各类反应釜、原料输送管道、泵、压缩机、阀门、法兰等易产生挥发性有机物泄漏处，并修复超过一定浓度的泄漏检测处，从而达到控制原料泄漏对环境造成污染，是国际上较先进的化工废气检测技术。而物联网技术的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术。
在对管道环境中进行泄漏监测时，对探测器的外壳要求极高，其外壳需要极高的防爆性能，但是在高防爆性要求的前提下，探测器的续航时间则面临挑战，在探测器使用防爆外壳后其内部空间极其狭小，因此如何在狭小空间内最大程度的提高探测器的续航时间是值得研究的问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种基于物联网技术及采用微光能源补偿实现长续航的LDAR探测器，可以利用检测环境中的微弱光源为蓄电池充电，增加装置的续航时长。
为实现上述目的，本发明采用的方法是：一种基于物联网技术及采用微光能源补偿实现长续航的LDAR探测器，包括探测器本体，包括安装底座和与安装底座一体成型的工作腔体，所述工作腔体呈圆柱形薄壁状，其内部用于放置基于物联网技术的探测电路装置，所述工作腔体顶部盖合有防爆外壳前盖，所述防爆外壳前盖中间嵌入有透明的防爆玻璃，所述防爆玻璃用于观察工作腔体内部探测电路装置的数显屏幕；微光能源补偿装置，所述微光能源补偿装置放置于工作腔体内部且位于探测电路装置的上方，自上而下依次分布有薄膜太阳能板、主控电路板、钠离子电池板，所述薄膜太阳能板、钠离子电池板分别与所述主控电路板电性连接，所述主控电路板通过导线与探测器控制电路系统连接，探测器控制电路系统，包括中央控制电路，与中央控制电路均电性连接的北斗定位模块、看门狗电路、能源管控电路，另外能源管控电路还与北斗定位模块、太阳能控制电路、钠离子电池控制电路、传感器控制电路电性连接。
作为本发明的一种改进，所述北斗定位模块采用窄带通信技术进行信息发送。
作为本发明的一种改进，所述钠离子电池板由聚合物钠离子材料制成。
作为本发明的一种改进，所述薄膜太阳能板为正方形薄板且内切于所述防爆玻璃的外缘。
作为本发明的一种改进，所述数显屏幕位于薄膜太阳能板与防爆玻璃交叉重叠的间隙空白处。
作为本发明的一种改进，所述工作腔体上设有三个用于连接外部设备的连接支管。
作为本发明的一种改进，用于传输无线数据的天线通过连接支管与工作腔体内的探测电路装置相连。
有益效果：
1、本发明所述的一种基于物联网技术及采用微光能源补偿实现长续航的LDAR探测器，采用多种能源管理技术，包括低功耗的工作装置、高效率的薄膜太阳能电池、高容量的钠离子电池等在高效率的能源管理算法体系下，在防爆要求严格的狭小工作腔体内，增加其续航时长，减少运营维护成本；
2、将用于观察探测器本体内部数显屏幕的透明防爆玻璃充分利用起来，使数显屏幕与薄膜太阳能板不重叠的放置，不仅可以观察到数显屏幕上的内容，还能充分的将环境中的微弱光源利用起来。
附图说明
图1是本发明的俯视图；
图2是本发明的内部结构爆炸解析图；
图3是本发明的电路连接示意图。
图中各构件为：
1-探测器本体，101-安装底座，102-工作腔体，2-防爆外壳前盖，3-防爆玻璃，4-数显屏幕，5-薄膜太阳能板，6-主控电路板，7-钠离子电池板，8-导线，9-连接支管，10-天线,11-中央控制电路，12-北斗定位模块，13-看门狗电路，14-能源管控电路，15-太阳能控制电路,16-钠离子电池控制电路，17-传感器控制电路。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图所述，本发明提供一种基于物联网技术及采用微光能源补偿实现长续航的LDAR探测器，探测器本体1，包括安装底座101和与安装底座101一体成型的工作腔体102，安装底座是用于将整个装置安装在待测环境中，通常是通过四角的螺栓孔进行螺栓或螺钉连接，所述工作腔体102呈圆柱形薄壁状，其内部用于放置基于物联网技术的探测电路装置，所述工作腔体102顶部盖合有防爆外壳前盖2，所述防爆外壳前盖2中间嵌入有透明的防爆玻璃3，所述防爆玻璃3用于观察工作腔体102内部探测电路装置的数显屏幕4；微光能源补偿装置，所述微光能源补偿装置放置于工作腔体102内部且位于探测电路装置的上方，自上而下依次分布有薄膜太阳能板5、主控电路板6、钠离子电池板7，所述薄膜太阳能板5、钠离子电池板7分别与所述主控电路板6电性连接，主控电路用于控制太阳能电池板的充放电，所述主控电路板6通过导线8与探测器控制电路系统连接；探测器控制电路系统，包括中央控制电路11，与中央控制电路11均电性连接的北斗定位模块12、看门狗电路13、能源管控电路14，另外能源管控电路14还与北斗定位模块12、太阳能控制电路15、钠离子电池控制电路16、传感器控制电路17电性连接。
作为本发明的另一个实施例，所述北斗定位模块12采用窄带通信技术进行信息发送。采用窄带通信技术（NB-IoT/LoRa等）从而能实现在非发送时段内低功耗的休眠。采用NTMOS的传感器技术和能源管理算法，实现长巡航监测时的超低功耗。采用低功耗的MCU芯片，进一步降低设备功耗。整个设备功耗体眠时10uA, 监测时50mA,信息发送时160mA。其中，每次监测时长平均<10s,信息发送时长小于1s。 这样平均每天的功耗在3.6V供电下，小于230mAh。
作为本发明的另一个实施例，所述钠离子电池板7由聚合物钠离子材料制成。聚合物钠离子电池能量密度高，体积小，耐高温防爆，因此在当前的狭小工作腔体内，可以做到10000mAh的容量，在完全无光条件下，可以工作45天。在光源充足的条件下，聚合物钠离子电池容量完全充满的时间为15~22天。因此，完全实现免布线长航时的连续探测需求。
作为本发明的另一个实施例，为了尽可能多的吸收微弱光源，使得薄膜太阳能板的面积最大化，所述薄膜太阳能板5为正方形薄板且内切于所述防爆玻璃3的外缘。柔性薄膜太阳能电池在非直射阳光下的能源输出为30~100mA,正因为6中的数据，因此在正常日照条件下才能做到长航时能源补偿。
作为本发明的另一个实施例，为了在吸收微弱光源的同时不影响数显屏幕的使用，所述数显屏幕4位于薄膜太阳能板5与防爆玻璃3交叉重叠的间隙空白处。
作为本发明的另一个实施例，所述工作腔体102上设有三个用于连接外部设备的连接支管9。
作为本发明的另一个实施例，用于传输无线数据的天线10通过连接支管9与工作腔体102内的探测电路装置相连。天线一般用带孔的螺栓帽紧固在连接支管上。
本发明的工作原理：为了满足探测器外壳的防爆要求，往往探测器内部空间比较狭小，为了在这种狭小的空间环境下实现探测器的最大续航时间，采用了多种能源管理技术，比如首先尽可能的降低工作元件的能耗，主要措施为采用窄带通信技术及MCU芯片；其次高效率的能源补偿，采用柔性薄膜太阳能电池吸收环境中的微弱光源进行能源补充；最后增加电池能源容量，利用聚合物钠离子电池能量密度高，体积小，耐高温防爆的特点安全稳定的储存最大量的电能。
本发明提供的一种基于物联网技术及采用微光能源补偿实现长续航的LDAR探测器，采用多种能源管理技术，包括低功耗的工作装置、高效率的薄膜太阳能电池、高容量的钠离子电池等在高效率的能源管理算法体系下，在防爆要求严格的狭小工作腔体内，增加其续航时长，减少运营维护成本。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种基于物联网技术及采用微光能源补偿实现长续航的LDAR探测器，其特征在于：包括：
探测器本体（1），包括安装底座（101）和与安装底座（101）一体成型的工作腔体（102），所述工作腔体（102）为隔爆型防爆安全壳,其壳体呈圆柱形薄壁状，其内部用于放置基于物联网技术的探测电路装置，所述工作腔体（102）顶部盖合有防爆外壳前盖（2），所述防爆外壳前盖（2）中间嵌入有透明的防爆玻璃（3），所述防爆玻璃（3）用于观察工作腔体（102）内部探测电路装置的数显屏幕（4）；
微光能源补偿装置，所述微光能源补偿装置放置于工作腔体（102）内部且位于探测电路装置的上方，自上而下依次分布有薄膜太阳能板（5）、主控电路板（6）、钠离子电池板（7），所述薄膜太阳能板（5）、钠离子电池板（7）分别与所述主控电路板（6）电性连接，所述主控电路板（6）通过导线（8）与探测器控制电路系统连接；
探测器控制电路系统，包括中央控制电路（11），与中央控制电路（11）均电性连接的北斗定位模块（12）、看门狗电路（13）、能源管控电路（14），另外能源管控电路（14）还与北斗定位模块（12）、太阳能控制电路（15）、钠离子电池控制电路（16）、传感器控制电路（17）电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术及采用微光能源补偿实现长续航的LDAR探测器，其特征在于：所述北斗定位模块（12）采用窄带通信技术进行信息发送。
3.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术及采用微光能源补偿实现长续航的LDAR探测器，其特征在于：所述钠离子电池板（7）由聚合物钠离子材料制成。
4.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术及采用微光能源补偿实现长续航的LDAR探测器，其特征在于：所述薄膜太阳能板（5）为正方形薄板且内切于所述防爆玻璃（3）的外缘。
5.根据权利要求2所述的一种基于物联网技术及采用微光能源补偿实现长续航的LDAR探测器，其特征在于：所述数显屏幕（4）位于薄膜太阳能板（5）与防爆玻璃（3）交叉重叠的间隙空白处。
6.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术及采用微光能源补偿实现长续航的LDAR探测器，其特征在于：所述工作腔体（102）上设有三个用于连接外部设备的连接支管（9）。
7.根据权利要求4所述的一种基于物联网技术及采用微光能源补偿实现长续航的LDAR探测器，其特征在于：用于传输无线数据的天线（10）通过连接支管（9）与工作腔体（102）内的探测电路装置相连。
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