CN110361561A - 一种大口径管道流体监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大口径管道流体监测方法，其包括以下步骤：一、将检测节点布置在管道内，检测节点内的控制器接收传感器采集的管道内的环境参数，并发送数据开始信号；二、第二检测节点内的第二控制器通过第二无线信号模块接收所述数据开始信号，切换为数据通信模式，并开始接收控制器所发送的环境参数信号；三、控制器在发送完所述环境参数后，通过无线信号模块发送数据结束信号；四、第二控制器在接收到数据结束信号后，并停止接收环境参数信号，开始进行流速检测；五、第二控制器在接收到环境参数数据和流速数据后将两组数据打包通过无线传感器网络发送至上位机。本发明能够检测到准确的管道环境参数，降低安装成本以及节省硬件成本。

Description

一种大口径管道流体监测方法
技术领域
本发明属于大口径的管道流体监测技术领域，具体是涉及一种大口径管道流体监测方法。
背景技术
管道运输(Pipeline transport)是用管道作为运输工具的一种长距离输送液体和气体物资的运输方式，是一种专门由生产地向市场输送石油、煤和化学产品的运输方式。一般采用大口径的管道进行运输，在输送流体的过程中，通常需要对管道内流体的各种参数进行监测，如流量计量、监测管道泄露以及管道内的压力、温度参数等。
如申请号为CN201380064650.6的现有技术1公开了用于监控、管理和检测流体输送管道网络的结构完整性、定位泄漏点及评估故障程度的系统和方法，包括：放置在油或气管道上的若干检测装置，其按给定距离间隔开，并固定地放在所述管道；以及通过通信线路连接到所述检测装置的中央数据处理装置，用于从后者接收检测数据；其中所述装置包括能够测量一个或多个物理量的传感器；其中所述处理装置实时地处理从所述检测装置接收到的检测数据。该专利包括多个物理量的传感器，但其安装方式采用成熟的技术，就会导致不同类型的传感器安装方式不同，并不能很好降低安装难度和实施成本。
申请号为CN201410402815.2的现有技术2公开了一种用于检测流体在线多参数性状结构的方法，是基于多普勒效应的多参数在线测量，在工业流体系统内使多参数同时检测显示，如图1所示，由换能器、量子射频器、接收机、信号处理、显示控制计算机合成的系统测量方案组成，采用换能器阵列内存设计与二组发射机、接收机链接，通过信号处理器将流体参数显示在控制计算机上，换能器反应由二位四通阵列信号排序，通过接收机接收后输入信号处理器，由信号处理器将流体参数通过发射机返回与换能器阵列内存中数据对比，将对比结果由另一组接收机将信号输入信号处理器。多种参数都采用基于多普勒效应的多参数在线测量，对计算机信号处理和噪声处理的能力要求比较高，得到的流体参数精确度也不能保障。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种大口径管道流体监测方法，能够解决的现有技术中存在的上述技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明还提供一种大口径管道流体监测方法，包括如下步骤：
步骤一、将检测节点布置在管道内，将第二检测节点安装于管道外，并使得检测节点与第二检测节点能够完成通信；所述检测节点内的控制器接收复数个传感器采集的管道内的环境参数，并通过无线信号模块发送数据开始信号；
步骤二、所述第二检测节点内的第二控制器通过第二无线信号模块接收所述数据开始信号，切换为数据通信模式，并开始接收控制器所发送的环境参数信号；
步骤三、控制器在发送完所述环境参数后，通过无线信号模块发送数据结束信号；
步骤四、第二控制器在接收到数据结束信号后，切换为数据采集模式，并停止接收环境参数信号，开始进行流速检测；
步骤五、所述第二控制器在接收到环境参数数据和流速数据后将两组数据打包通过无线传感器网络发送至上位机。
优选的，在步骤一中，所述数据开始信号可为三组10101010数据的连续发送，第二控制器在连续接收到三组10101010时则判断为数据开始信号，并切换为数据通信模式；
优选的，在步骤三中，所述数据结束信号可为三组11111111数据的连续发送，第二控制器在连续接收到三组11111111时则判断为数据结束信号，并切换为数据采集模式。
优选的，所述监测方法采用一种大口径管道流体监测装置，所述的监测装置包括法兰垫片、连接于所述法兰垫片上的检测节点以及布置于管道外的第二检测节点，所述检测节点布置于大口径管道内；所述检测节点包括检测管道内流体环境的复数个传感器、控制器、无线信号模块以及电源模块，所述第二检测节点包括与所述无线信号模块进行通信的第二无线信号模块以及第二控制器。
优选的，所述控制器将复数个传感器采集到的信息通过无线信号模块发送，所述第二无线信号模块接收所述无线信号模块发送的信息。
优选的，所述无线信号模块采用可穿透管道进行通信的量子射频模块或者超声发射模块，所述第二无线信号模块则采用可接收量子射频信号的接收机或超声信号的换能器。
优选的，所述电源模块包括发电单元和电能存储模块，发电单元采用微型水力发电方式，可采用压电纳米复合发电器或者涡轮叶片发电机发电，电能存储模块优选为重量和占用体积较小的锂电池。
优选的，所述无线信号模块和第二无线信号模块既可用于信号通信也可用于管道流体流速检测，即具有数据通信模式和数据采集模式，所述两个模式可以分时切换使用；
优选的，所述第二无线信号模块连接位于管道外的第二控制器，所述第二控制器连接无线通信模块，所述无线通信模块可以组成无线传感器网络(WSN)以完成对管道多点监测；
优选的，所述复数个传感器包括如下传感器中的一种或几种：流体浓度传感器、温度传感器、PH值传感器以及压力传感器等。
优选的，所述检测节点还包括强磁铁，用于将检测节点固定在管道壁上；所述第二检测节点固定在相对于检测节点斜向下方向的管道外,即使用Z法安装，超声波或者量子波在管道中直接传输，没有折射(称为单声程)，信号衰耗小。超声波Z法安装可测管径范围为100mm至6000mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的大口径管道流体监测方法，将检测节点安装于管道内，可以检测到准确的管道环境参数；
2、本发明的大口径管道流体监测方法，采用无线信号方式传输环境参数，降低安装成本；
3、本发明的大口径管道流体监测方法，利用量子射频模块或者超声发射模块的检测功能和通信功能相互切换以节省硬件成本。
附图说明
图1为现有技术2中基于多普勒效应的多参数在线测量装置的示意图；
图2为本发明的大口径管道流体监测装置安装示意图；
图3为本发明的检测节点电路组成图；
图4为本发明的第二检测节点电路组成图；
图5为本发明的大口径管道流体监测方法流程图。
在图2-4中：1法兰垫片、2检测节点、3法兰、4第二检测节点、5-1控制器、5-2第二控制器、6-1无线信号模块、6-2第二无线信号模块、7发电单元、8电能存储模块、9流体浓度传感器、10PH值传感器、11温度传感器、12压力传感器、13无线通信模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
实施例1
请参阅附图2-5，本发明提供一种大口径管道流体监测方法，包括如下步骤：
步骤一、采用Z法安装方式将检测节点2布置在管道内，将第二检测节点4安装于管道外，并使得检测节点2与第二检测节点4能够完成通信；所述检测节点2内的控制器5-1接收复数个传感器采集的管道内的环境参数，并通过无线信号模块6-1发送数据开始信号；
步骤二、所述第二检测节点4内的第二控制器5-2通过第二无线信号模块6-2接收所述数据开始信号，切换为数据通信模式，并开始接收控制器5-2所发送的环境参数信号；
步骤三、所述控制器5-1在发送完所述环境参数后，通过无线信号模块6-1发送数据结束信号；
步骤四、所述第二控制器5-2在接收到数据结束信号后，切换为数据采集模式，并停止接收环境参数信号，开始进行流速检测；
步骤五、所述第二控制器5-2在接收到环境参数数据和流速数据后将两组数据打包通过无线传感器网络发送至上位机。
在步骤一中，所述数据开始信号可为三组10101010数据的连续发送，第二控制器5-2在连续接收到三组10101010时则判断为数据开始信号，并切换为数据通信模式。
所述的监测方法采用一种大口径管道流体监测装置，包括法兰垫片1、连接于所述法兰垫片1上的检测节点2、法兰3以及布置于管道外的第二检测节点4，所述检测节点2布置于大口径管道内；所述检测节点2包括流体浓度传感器9、PH值传感器10、温度传感器11、压力传感器12，控制器5-1、无线信号模块6-1以及发电单元7和电能存储模块8，所述第二检测节点4包括与所述无线信号模块6-1进行通信的第二无线信号模块6-2和第二控制器5-2；
所述控制器5-1将上述多个传感器采集到的信息通过无线信号模块6-1发送，所述第二无线信号模块6-2接收所述无线信号模块6-1发送的信息；
所述无线信号模块6-1采用可穿透管道进行通信的量子射频模块或者超声发射模块，所述第二无线信号模块6-2则采用可接收量子射频信号的接收机或超声信号的换能器；
所述发电单元7采用微型水力发电方式，可采用压电纳米复合发电器或者涡轮叶片发电机发电，电能存储模块8为锂电池；
所述无线信号模块6-1和第二无线信号模块6-2既可用于信号通信也可用于管道流体流速检测，即具有数据通信模式和数据采集模式，所述两个模式可以分时切换使用；
所述第二无线信号模块6-2连接位于管道外的第二控制器5-2，所述第二控制器5-2连接无线通信模块13，所述无线通信模块13可以组成无线传感器网络(WSN)以完成对管道多点监测；
实施例2
本发明提供一种大口径管道流体监测方法，包括如下步骤：
步骤一、采用Z法安装方式将检测节点2布置在管道内，将第二检测节点4安装于管道外，并使得检测节点2与第二检测节点4能够完成通信；所述检测节点2内的控制器5-1接收复数个传感器采集的管道内的环境参数，并通过无线信号模块6-1发送数据开始信号；
步骤二、所述第二检测节点4内的第二控制器5-2通过第二无线信号模块6-2接收所述数据开始信号，切换为数据通信模式，并开始接收控制器5-2所发送的环境参数信号；
步骤三、所述控制器5-1在发送完所述环境参数后，通过无线信号模块6-1发送数据结束信号；
步骤四、所述第二控制器5-2在接收到数据结束信号后，切换为数据采集模式，并停止接收环境参数信号，开始进行流速检测；
步骤五、所述第二控制器5-2在接收到环境参数数据和流速数据后将两组数据打包通过无线传感器网络发送至上位机。
在步骤一中，所述数据开始信号可为三组10101010数据的连续发送，第二控制器5-2在连续接收到三组10101010时则判断为数据开始信号，并切换为数据通信模式；
在步骤三中，所述数据结束信号可为三组11111111数据的连续发送，第二控制器5-2在连续接收到三组11111111时则判断为数据结束信号，并切换为数据采集模式。
所述的监测方法采用一种大口径管道流体监测装置，包括法兰垫片1、连接于所述法兰垫片1上的检测节点2、法兰3以及布置于管道外的第二检测节点4，所述检测节点2布置于大口径管道内；所述检测节点2包括流体浓度传感器9、PH值传感器10、温度传感器11、压力传感器12，控制器5-1、无线信号模块6-1以及发电单元7和电能存储模块8，所述第二检测节点4包括与所述无线信号模块6-1进行通信的第二无线信号模块6-2和第二控制器5-2；
所述控制器5-1将上述多个传感器采集到的信息通过无线信号模块6-1发送，所述第二无线信号模块6-2接收所述无线信号模块6-1发送的信息；
所述无线信号模块6-1采用可穿透管道进行通信的量子射频模块或者超声发射模块，所述第二无线信号模块6-2则采用可接收量子射频信号的接收机或超声信号的换能器；
所述发电单元7采用微型水力发电方式，可采用压电纳米复合发电器或者涡轮叶片发电机发电，电能存储模块8为锂电池；
所述无线信号模块6-1和第二无线信号模块6-2既可用于信号通信也可用于管道流体流速检测，即具有数据通信模式和数据采集模式，所述两个模式可以分时切换使用；
所述第二无线信号模块6-2连接位于管道外的第二控制器5-2，所述第二控制器5-2连接无线通信模块13，所述无线通信模块13可以组成无线传感器网络(WSN)以完成对管道多点监测；
所述检测节点2还包括强磁铁(图未示出)，用于将检测节点2固定在管道壁上；所述第二检测节点4固定在相对于检测节点1斜向下方向的管道外,两个检测节点使用Z法安装，超声波或者量子波在管道中直接传输，没有折射(称为单声程)，信号衰耗小。超声波Z法安装可测管径范围为100mm至6000mm。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种大口径管道流体监测方法，其特征在于，所述的监测方法包括如下步骤：
步骤一、采用Z法安装方式将检测节点(2)布置在管道内，将第二检测节点(4)安装于管道外，并使得检测节点(2)与第二检测节点(4)能够完成通信；所述检测节点(2)内的控制器(5-1)接收复数个传感器采集的管道内的环境参数，并通过无线信号模块(6-1)发送数据开始信号；
步骤二、所述第二检测节点(4)内的第二控制器(5-2)通过第二无线信号模块(6-2)接收所述数据开始信号，切换为数据通信模式，并开始接收控制器(5-2)所发送的环境参数信号；
步骤三、所述控制器(5-1)在发送完所述环境参数后，通过无线信号模块(6-1)发送数据结束信号；
步骤四、所述第二控制器(5-2)在接收到数据结束信号后，切换为数据采集模式，并停止接收环境参数信号，开始进行流速检测；
步骤五、所述第二控制器(5-2)在接收到环境参数数据和流速数据后将两组数据打包通过无线传感器网络发送至上位机。
2.根据权利要求1所述的一种大口径管道流体监测方法，其特征在于：所述的监测方法采用一种大口径管道流体监测装置，所述的监测装置包括法兰垫片(1)、连接于所述法兰垫片(1)上的检测节点(2)以及布置于管道外的第二检测节点(4)，所述检测节点(2)布置于大口径管道内；所述检测节点(2)包括复数个传感器，控制器(5-1)、无线信号模块(6-1)以及发电单元(7)和电能存储模块(8)，所述第二检测节点(4)包括与所述无线信号模块(6-1)进行通信的第二无线信号模块(6-2)和第二控制器(5-2)。
3.根据权利要求1或2所述的一种大口径管道流体监测方法，其特征在于：所述无线信号模块(6-1)和第二无线信号模块(6-2)具有数据通信模式和数据采集模式，所述数据通信模式和数据采集模式分时切换使用。
4.根据权利要求1-3所述的一种大口径管道流体监测方法，其特征在于：所述无线信号模块(6-1)采用量子射频模块，所述第二无线信号模块(6-2)则采用可接收量子射频信号的接收机。
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