CN110043803A - 一种管道异常探测装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种管道异常探测装置及系统，采用激光技术，对楼宇内管道形变、管道吊架形变或者吊架本身固定装置脱落等潜在的异常布设激光头和对应的接收部件，进行异常探测，能够及时、全面、准确的发现由于管道形变、管道固定装置形变或者吊架本身固定装置脱落等出现的管道异常情况，同时，该方案还可以对管道细小破裂产生的泄露异常进行探测，成本低廉，无需人工操作，维护简单、可靠性强。

Description

一种管道异常探测装置及系统

技术领域

本发明涉及建筑设备异常检测领域，具体涉及一种管道异常探测装置及系统。

背景技术

大型公共建筑内部遍布有大量的管道，其中水路管道，包括空调水管、消防水管、给排水管等，管道内部水流流量、重力作用等因素会对管道造成一定的冲击，由于长期缺少监测，会导致水管老化变形，管道泄漏，甚至固定装置失效导致脱落，砸伤人员，存在很大的安全隐患，如果发生事故会造成很大的财产损失。由于管道所处的位置比较特殊，且管路复杂，人工监测的难度越来越大。

现有技术中对于上述管道异常检测，有的是基于管道机器人、潜望镜或者声呐系统进行管道变形检测，这些检测方式都需要将检测探头深入管道，进行异常排查；对于管道泄露检测，大部分检测涉及到输油管道及天然气管道等，由于管道的特殊性，采用飞行器安装上激光检测装置等进行监测。

以上管道检测技术，管道异常检测都比较片面，应用起来都比较困难，不太适合管道密集度高的场合，而且不适宜长期间实时检测且装置成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种管道异常探测装置及系统，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。

第一方面，提供了一种管道异常探测装置，包括：

若干个激光开关单元,所述激光开关单元按照预定的距离固定在管道周围,用于探测管道异常信号；

中央处理单元,与所述若干个激光开关单元连接,用于接收并控制所述管道异常信号传输；

通讯单元，与所述中央处理单元连接，用于传输所述管道异常信号；

供电单元，用于给所述激光开关单元、中央处理单元及通讯单元供电；

其中，所述激光开关单元包括激光头和对应的接收部件。

优选的,所述激光头通过固定部件被固定在管道上的一端，所述对应的接收部件通过固定部件被固定在管道上的另一端，所述激光头发射的激光能够被对应的接收部件接收。

优选的, 所述激光头通过固定部件被固定在屋顶上，所述对应的接收部件通过固定部件被固定在管道上，所述激光头发射的激光能够被对应的接收部件接收。

优选的, 所述激光头通过固定部件被固定在管道吊架上，所述对应的接收部件通过固定部件被固定在屋顶上，所述激光头发射的激光能够被对应的接收部件接收。

优选的, 所述装置包括泄露感应单元，所述泄露感应单元与所述中央处理单元连接，用于感应管道泄露异常。

优选的, 所述装置包括报警单元，所述报警单元与所述中央处理单元连接，用于进行管道异常报警。

第二方面，提供了一种管道异常探测系统，所述系统包括：

若干个如前述第一方面权利要求所述的第一装置，以及

上位机，被配置为与所述第一装置进行通信。

优选的，所述系统还包括若干个第二装置，所述第二装置与上位机进行通信，将管道异常情况进行上报；

其中，所述第二装置包括磁感应开关单元、中央处理单元、供电单元、无线通讯单元，所述供电单元经磁感应开关单元分别与中央处理单元和无线通讯单元连接。

优选的，所述磁感应开关包括磁铁和干簧管，磁铁通过固定部件被固定在屋顶上，干簧管通过固定部件被固定在管道吊架上，和/或，磁铁通过固定部件被固定在屋顶上，干簧管通过固定部件被固定在管道上，其中，所述磁铁与干簧管通过磁感应控制磁感应开关状态。

优选的，所述供电单元为一次性电池。

本发明提出一种管道异常探测装置及系统，采用激光技术，对建筑内管道形变、管道吊架形变或者吊架本身固定装置脱落等潜在的异常布设激光头和对应的接收部件，进行异常探测，能够及时、全面、准确的发现由于管道形变、管道固定装置形变或者吊架本身固定装置脱落等出现的管道异常情况，同时，该方案还可以对管道细小破裂产生的泄露异常进行探测，成本低廉，无需人工操作，维护简单、可靠性强。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明具体实施例提供的一种管道异常探测系统示意图；

图2为本发明具体实施例提供的一种激光开关安装位置示意图；

图3为本发明具体实施例提供的另一种激光开关安装位置示意图；

图4为本发明具体实施例提供的一种磁感应开关安装位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作优选的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

本申请实施例提供了管道异常探测系统的一种技术方案。如图1所示。在本技术方案中，所述管道异常探测系统包括第一管道异常探测装置10和上位机30。所述第一管道异常探测装置10和上位机30进行通信。

其中，所述管道异常探测装置10包括若干激光开关单元101、第一中央处理单元102、第一通讯单元103和第一供电单元104。

所述激光开关单元101按照预定的距离固定在管道周围,用于探测管道异常信号；中央处理单元102,与所述若干个激光开关单元101连接,用于接收并控制所述管道异常信号传输；通讯单元103，与所述中央处理单元102连接，用于传输所述管道异常信号；供电单元104，用于给所述激光开关单元101、中央处理单元102及通讯单元103供电。

本实施例中，管道为建筑内部遍布的水路管道，包括空调水管、消防水管、给排水管等。应理解，本实施例还可以用于其他业态中由于液体流量、重力作用会对管道造成一定冲击的管道。

具体的，图2是本发明实施例提供的一种激光开关安装位置示意图。如图2所示。所述激光开关101包括激光头和对应的接收部件。在垂直于管道横截面的方向上，按照与管道外壁预设的距离布设激光开关101，所述激光头通过固定部件被固定在管道上的一端，所述对应的接收部件通过固定部件被固定在管道上的另一端，所述激光头发射的激光能够被对应的接收部件接收。

本实施例中利用激光头光束集中，照射距离远的特点，将激光头照射的区域安装固定的接收部件，一旦光束直线上被遮挡，则接收部件无法接收到激光，比如管道发生大范围形变、弯曲，造成激光光束偏离，从而判断管道出现了异常。由于激光头的直径非常小，只有不到5mm，并且接收部件直径约为1cm，因此，只要激光光束产生5mm以上的位置偏移，即可知道管道出现了异常，精度高，能够满足管道异常探测的要求。

这里需要说明的是，为了使激光开关的探测范围能够适应管道探测的需求，可以通过调整激光开关与管道外壁的距离，调整检测管道变形的凸起范围以及管道的弯曲范围。同时，为了尽可能大范围的探测管道异常，通过增减激光光束的数量，调整检测管道外壁的覆盖范围，激光光束越密集，可探测的管道异常范围越大。对于采用哪种具体的实施方式，本发明对此不做限定。

本实施例激光开关安装实施例，适用于管道弯曲位置、管道连接处的异常探测。

图3是本发明实施例提供的另一种激光开关安装位置示意图。如图3所示。管道通常会采用吊架的方式固定，吊架直接固定在屋顶上。激光开关一端被固定在吊架上，另一端被固定在管道上，和/或激光开关一端被固定在吊架上，另一端被固定在屋顶上，无论是管道自身出现异常还是固定装置本身出现异常，都可以被探测到。

图3中标记6为固定管道的吊架，标记7为固定装置，一般为螺丝。

标记1和标记2，标记3和标记4构成两束激光光束，每一束激光都是由激光头及对应的接收部件组成。吊架其中一端固定在屋顶上，基本保证位置不会发生变化。本实施例中，标记3和标记4构成的激光光束旁边，标记5的部件为一根铁管，内部可以走线，固定在屋顶上，保证位置不发生变化。将激光头3固定在铁管上，对应的接收部件4固定在管道上。当吊架底部的固定螺丝发生脱落，管道就会下沉，标记3和标记4构成的激光光束就会发生偏移，由于管道吊架位置发生变化，管道自然也会发生变化，从而能够判断管道出现异常。

标记1和标记2激光开关也是如此，激光头2固定在标记6的吊架上，对应的接收部件1固定在屋顶上。这样一旦吊架顶部固定部件出现问题，就会向下脱落，发生位移，对应的接收部件位置变化后，激光光束无法被接收，由于管道吊架位置发生变化，管道自然也会发生变化判断管道出现了异常。

同样的，可以在图中标记7的位置，也增加激光光束，一旦有螺母松动脱落，激光光束就会发生偏移，判断管道出现异常。

因此，通过本方案，只要管道固定部件上出现微小位移，即可判断管道或者固定部件出现异常，起到了监测的意义，避免管道由于吊架固定装置失效产生的脱落事故。

这里需要说明的是，激光开关有多种规格，照射距离可以根据管道监测的位置自行选择，建筑内管道使用，选择1到10米之间的即可，无论是直接还是间接探测管道异常，对于激光的规格选择不做限定。另外，激光开关需要供电，只要可以检测到激光有无，并产生开关信号即可。激光开关接入中央处理单元102。

本实施例中，所述第一中央处理单元102一般可以通过MCU（MicrocontrollerUnit，微控制单元）、PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）、FPGA（Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）、DSP（Digital SignalProcessor，数字信号处理器）、ARM内核额处理器或专用集成电路来实现。

所述第一通讯单元103可以是各种无线通信模块，比如GSM，3G，4G，NB-IoT，LORA，LORAWAN，Wi-Fi，蓝牙，433M通信模块等，或者是有线通信模块，比如RS485/RS232/RS222/CAN等。

所述第一供电单元104将外部的交流或者直流供电转换为低压，给中央处理单元、通讯单元和激光开关供电。由于激光本身耗电较大，无法使用电池长期供电，所以采用外部的交流或则直流转换后给所述装置供电。

本发明提出一种管道异常探测装置及系统，采用激光技术，对建筑内管道形变、管道吊架形变或者吊架本身固定装置脱落等潜在异常布设激光头和对应的接收部件，进行异常探测，能够及时、全面、准确的发现由于管道形变、管道固定装置形变或者吊架本身固定装置脱落等等出现的管道异常情况，成本低廉，无需人工操作，维护简单、可靠性强。

进一步的，在上述方案的基础上，为了方便工作人员对管道或者固件异常进行定位，当管道或者固件出现异常时，进行警示。上述装置还包括一个报警单元106，用于进行管道异常报警。所述报警单元106可以是报警灯或者声音报警器等。一旦发生管道变形、漏水报警等，现场的报警灯就会闪烁，同时声音报警器报警，方便现场检修人员定位。

此外，在报警算法的处理上上，本方案也有特殊的优化措施和干扰排除措施。管道内部由于水流的原因，会产生振动，有时会导致激光误报，因此本实施例中，对于小于5s以内的报警，都会排除掉，只有长时间的报警，才会真实上传。这样就避免了误报，使得整套系统更加精确。

进一步的，由于管道弯曲或者固件出现异常，管道有可能会出现细小裂缝，导致管道内液体发生轻微泄露，如果泄露没有及时监测，也会造成很大的损失，最终可能会导致管道大范围破裂或者滴水损坏现场设备。为了避免此情况的发生，本装置还包括一个泄露感应单元105，所述泄露感应单元106与所述中央处理单元102连接，用于感应管道泄露异常。

具体的，本实施例中在管道底部布设漏水感应线缆，一旦管道发生轻微液体泄露，液体由于重力作用，滴漏在漏水感应线缆上，此时该处漏水感应线缆会发生短路。中央处理单元接收到漏水感应线缆传输的信号，可以检测到泄露异常，控制报警装置报警，提高了管道异常报警的准确性。

漏水感应线缆由一条检测液体泄漏的感应线缆和一个带定位报警的控制器构成，当泄漏发生时，感应线缆将信号送往控制器，经微处理器处理后，将泄漏位置通ModBus通信协议上传至中央控制中心，并同时报警。 感应线缆由4根不同类型的导线组成，其中两根由导电聚合物加工而成，其单位长度电阻被精密加工并为定值。无泄漏时其中两根导线间电流值为正常，当感应线被泄漏物沾上，两根导电聚合物之间被短接，并使所测电流值发生变化，控制器根据欧姆定律，电阻与长度有关，通过测算，就能得到发生故障泄露点的位置。

通过本实施例，在探测管道异常的基础上，能够检测管道细小破裂产生的液体泄露现象，成本低廉，无需人工操作，维护简单，可靠性强。

上述实施例能够探测管道变形、固件脱落、漏水等管道异常，但是该方案需要外部供电，在某些施工不方便的场合，难以操作。因此，本实施例在原有方案的基础上进行了进一步优化。

所述管道异常探测系统还包括第二装置20。作为本探测系统的一部分，所述第二装置20与上位机30进行通信。

如图1所示，所述第二装置包括磁感应开关单元202、第二中央处理单元203、第二供电单元201、第二通讯单元204，所述第二供电单元201经磁感应开关单元202分别与第二中央处理单元203和第二通讯单元204连接。

本实施例中，所述磁感应开关202包括磁铁和干簧管。图3为一种磁感应开关安装位置示意图。如图3所示，磁感应开关一端为磁铁，一端为干簧管，对于磁感应开关的安装方式包括磁铁通过固定部件被固定在屋顶上，干簧管通过固定部件被固定在管道吊架上，和/或，磁铁通过固定部件被固定在屋顶上，干簧管通过固定部件被固定在管道上，其中，所述磁铁与干簧管通过磁感应控制磁感应开关状态。对于磁感应开关两端的位置也可以互换，具体实施方式本申请不做限制。

磁感应开关选择常见的干簧管开关，也称舌簧管或磁簧开关，是一种磁敏的特殊开关。一端为磁铁，另外一端为干簧管，当干簧管靠近磁铁时，状态会发生变化，从常闭变成常开，或者相反。本申请选择磁铁靠近时，状态是常开的磁感应开关。磁感应开关两端一旦分开，就会导通，现场监测装置就会通电。为了避免走线施工，这个监测装置采用NB-IoT通讯方式，假设当前一年的流量为50M（有其他流量资费可选）。报警信号直接通过NB-IoT运营商网络上传到上位机，每10秒发送一次，一次报警信号占用大概10个字节以内。如果连续报警，50M的流量可通信130天以上，直到有人维修，或者电池没电，否则会一直上传报警信号。

而平时正常状态，磁感应开关不会分开，就不会通电，不会发出任何信号，因此对于电池没有损耗，NB-IoT的流量也不会有任何消耗，可以保证一直监测5年以上。

所述第二供电单元201采用一次性电池。一次性电池采用3.6v的一次性锂电池，或者两节5号干电池。电池容量的大小影响连续报警的时间，一般两节5号干电池容量大概在5000mAh，预估可连续报警2天左右，足够现场管理人员到位检修。本发明不推荐使用充电电池，因为电池自放电太快，无法长期维持电量。

所述第二中央处理单元203通电后，就会每隔10秒给通讯单元发送报警数据。所述第二通讯单元204接收到数据后，会发往上位机30。由于NB-IoT有重传机制，确保报警信号最终能被上位机正常接收。

本实施例中采用一次性电池供电，NB-IoT通信网络，方便了现场安装，成本更低。目前国家大力推广NB-IoT，资费非常低廉，目前有5年的套餐，每年50M流量，价格仅需12元，远远低于施工走线的成本。NB-IoT后期只需要充值，或者委托第三方充值即可，由于NB-IOT模块成本低廉，5年之后完全可以更换，所以维护极其简单方便。磁感应开关闭合，说明管道出现异常，感应数据简单，耗费流量很少，特别适合这种非连续通信，而且数据量较小的场合。

同时，吊架正常时，磁感应开关一直断开，电池不供电，所以在电池的寿命周期内，基本都可以使用。

第二装置20自身可以作为一种报警装置，平时不会发送任何数据，当管道或者固件发生异常时，磁感应开关闭合，发出信号，上位机根据所述信号能够及时发现管道异常。第二装置是本管道异常探测系统的一种补充，尤其适用于施工困难的管道异常探测。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种管道异常探测装置，其特征在于，所述装置包括

若干个激光开关单元,所述激光开关单元按照预定的距离固定在管道周围,用于探测管道异常信号；

中央处理单元,与所述若干个激光开关单元连接,用于接收并控制所述管道异常信号传输；

通讯单元，与所述中央处理单元连接，用于传输所述管道异常信号；

供电单元，用于给所述激光开关单元、中央处理单元及通讯单元供电；

其中，所述激光开关单元包括激光头和对应的接收部件。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光头通过固定部件被固定在管道上的一端，所述对应的接收部件通过固定部件被固定在管道上的另一端，所述激光头发射的激光能够被对应的接收部件接收。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述激光头通过固定部件被固定在屋顶上，所述对应的接收部件通过固定部件被固定在管道上，所述激光头发射的激光能够被对应的接收部件接收。

4.根据权利要求1至3之一所述的装置，其特征在于，所述激光头通过固定部件被固定在管道吊架上，所述对应的接收部件通过固定部件被固定在屋顶上，所述激光头发射的激光能够被对应的接收部件接收。

5.根据权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于，所述装置包括泄露感应单元，所述泄露感应单元与所述中央处理单元连接，用于感应管道泄露异常。

6.根据权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于，所述装置包括报警单元，所述报警单元与所述中央处理单元连接，用于进行管道异常报警。

7.一种管道异常探测系统，其特征在于，所述系统包括：

若干如权利要求1-6中任一项所述的第一装置，以及

上位机，被配置为与所述第一装置进行通信。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括若干个第二装置，所述第二装置与上位机进行通信；

其中，所述第二装置包括磁感应开关单元、中央处理单元、供电单元、无线通讯单元，所述供电单元经磁感应开关单元分别与中央处理单元和无线通讯单元连接。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述磁感应开关包括磁铁和干簧管，磁铁通过固定部件被固定在屋顶上，干簧管通过固定部件被固定在管道吊架上，和/或，磁铁通过固定部件被固定在屋顶上，干簧管通过固定部件被固定在管道上，其中，所述磁铁与干簧管通过磁感应控制磁感应开关状态。

10.根据权利要求7至9之一所述的系统，其特征在于，所述供电单元为一次性电池。