CN202733454U - 一种液体管道小泄漏检测球 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种液体管道小泄漏检测球。涉及其它类不包括的测试、声波的测量和管道系统技术领域。它由驻极体话筒及其信号处理电路、STM32处理器、惯导模块、计时单元、磁场发射装置、SD卡存储器、USB接口、Jtag接口和电池及电源转换组成；驻极体话筒输出接信号处理电路，信号处理电路接STM32处理器，STM32处理器接惯导模块、计时单元、磁场发射装置、SD卡存储器、USB接口、Jtag接口，电池及电源转换电路与所有电路连接，为其供电。本实用新型能检测小泄漏甚至微小泄漏且灵敏度高。

Description

一种液体管道小泄漏检测球

技术领域

本实用新型是一种液体管道小泄漏检测球。涉及其它类不包括的测试、声波的测量和管道系统技术领域。

技术背景

随着管道运输业的不断发展，管道的增多，管线敷设距离的延长，管道服役期的增长，以及无法避免的设备老化腐蚀、运行磨损以及地理、气候环境变化和人为损坏等因素，一旦泄漏不仅造成巨大的经济损失，而且会造成环境污染、人员的伤亡等。因此，管道泄漏精确检测与准确定位对提高管道输送管理水平，减少经济损失和环境污染，具有重要的现实意义。

目前国内外已有多种管道泄漏检测技术和方法。第一种是实时泄漏监测技术，它主要监测管内流体介质的流失所造成的管道各运行参数的变化或由泄漏产生的负压波等信号并识别管道是否发生泄漏，同时结合数据分析方法以确定管道泄漏发生的位置。中国发明专利申请号为99107241.3及200410019451.6的文件公开了基于静态压力即负压波技术的管道泄漏监测方法。中国发明专利申请号为200710097721.9的文件公开了基于动态低频技术的泄漏监测方法。其所揭示的是根据采集的动态压力信号来判断管道泄漏事件的发生。以上专利在其专利申请文件中都做了具体介绍，在此不再阐述。

第二种为非实时检测，它主要是依靠人工携带泄漏探测仪对一定区域进行搜索式泄漏探测。中国发明专利申请号200510020194.2的文件公开了一种便携式的管道泄漏检测仪。其所揭示的是根据检测管道上由于泄漏产生的振动。中国发明专利申请号200410080221.0的文件公开了一种液体压力管道泄漏检测方法及装置。其所揭示的是根据测量管道内泄漏噪声的两只传感器放置于被测漏水管道两侧的暴露管线上拾取管道内的噪声信号。以上专利在其专利申请文件中都做了具体介绍，在此不再阐述。

虽然这些技术都声称能够解决液体管道的泄漏检测的问题，但是由于管道作为大型的线状地下结构，液体性质、沿途地理环境等客观因素极大的影响了各种系统的稳定性及可靠性，并直接对检测灵敏度和实用性造成重要影响。所以，现有实时泄漏监测技术对大泄漏量检测效果显著，但是无法检测小泄漏；现有的非实时检测工作量大，对于埋地管线很难实施。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种小泄漏甚至微小泄漏高灵敏度的液体管道小泄漏检测球。

本液体管道小泄漏检测球是在不改变现有管线工艺流程的情况下，通过清管器发球装置发射小泄漏检测球，小泄漏检测球与管道内的介质一起流动，同时采集和保存管内声音信号、泄漏检测球运动状态信息并打上时间标签。最后从收球桶收回。

本小泄漏检测球原理框图如图1所示，由安装在铝合金球壳、聚氨酯外壳里的驻极体话筒及其信号处理电路、STM32处理器、惯导模块、计时单元、磁场发射装置、SD卡存储器、USB接口、Jtag接口和电池及电源转换组成。

驻极体话筒输出接信号处理电路，信号处理电路接STM32处理器，STM32处理器接惯导模块、计时单元、磁场发射装置、SD卡存储器、USB接口、Jtag接口，电池及电源转换电路与所有电路连接，为其供电。

驻极体话筒将检测到的声音信号经过信号处理电路对模拟信号的放大滤波和模数转换后输出到STM32处理器；惯导模块测量小泄漏检测球的运动信息，为解算小泄漏检测球运动轨迹和泄漏定位提供原始数据；计时单元为STM32处理器提供时间参考；磁场发射装置间断性地向外发射甚低频磁场，以便管道外装置感应其通过；SD卡存储器储存STM32处理器获取的声音信息、运动信息、时间信息；USB接口用于通信；Jtag接口用于调试。

其中：

信号处理电路由3部分组成，分别为放大电路、滤波电路和模数转换电路。放大电路如图2所示，由电阻、电容、放大器2N930组成。MIC是驻极体话筒，一端与电阻R4、电源相连，且电阻R4连接运放Q1的集电极，另一端与电阻R1、电容C1相连，且电容C1再与运放Q1基极相连，电阻R1另一端与电阻R2、电容C2相连，电阻R2接地，电容C2与电阻R3、电容C3、运放发射极相连，电阻R3接地，电容C3接输出、电阻R5，电阻R5接地。

滤波电路如图3所示，In接图5中OUT，为信号输入，连接电阻R11，电阻R11再接电容C11、电容C12、电阻R12，电容C11接电阻R13、U1A输出，电容C12接U1A输入负、电阻R13，电阻R12接地，U1A输入正接地；U1A输出连接电阻R21，电阻R21再接电容C21、电容C22、电阻R22，电容C21接电阻R23、U1B输出，电容C22接U1B输入负、电阻R23，电阻R22接地，U1B输入正接地；U1B输出连接电阻R31，电阻R31再接电容C31、电容C32、电阻R32，电容C31接电阻R33、U2A输出，电容C32接U2A输入负、电阻R33，电阻R32接地，U2A输入正接地；U2A输出连接电阻R41，电阻R41再接电容C41、电容C42、电阻R42，电容C41接电阻R43、U2B输出，电容C42接U2B输入负、电阻R43，电阻R42接地，U2B输入正接地；图中U1A、U1B和U2A、U2B是双运放AD822。

模数转换电路如图4所示，图7中0ut与作为模数转换的输入连接IN4，IN4为电阻R50一端，R50另一端接电容C51、U9的IN+，电容C51接地；U10的VDD与电源VCC相连、GND与电源地相连、REF与U9的REF相连；U9的IN-与电源地相连、GND接电源地、VDD接电源VCC、SCK接U11的P33、SDO接U11的P34、CNV接U11的P35；VCC与电源地串联电容C52。

惯导模块型号为ADIS16365芯片，与STM32处理器的SPI1接口连接。

计时单元型号为DS3234精确晶振芯片，与STM32处理器的SPI3接口连接。

SD卡存储器型号为金士顿SDHC 4GB存储卡，与STM32的SDI0接口连接。

磁场发射装置型号为CD42-T4，与STM32的P1.0连接。

其工作原理为：小泄漏检测球投入管道后，随管内介质向前运动。利用驻极体话筒采集管内声音信息、利用惯导模块采集小泄漏检测球的运动信息并保存。同时磁场发射装置间断性地向外发射甚低频磁场，以便管道外装置感应其通过。小泄漏检测球取出后，便可得到管内的声音，并可根据运动信息解算出小泄漏检测球任意时刻行程。

本实用新型的优点表现在：

(1)首次提出了利用驻极体话筒传感器检测液体管道小泄漏，实现了收集液体管内声音信息、运动信息，能记录微小的泄漏声音并为定位解算提供基础数据；

(2)采用独有管内声音信息采集方法，提高了泄漏检测灵敏度，可对现有监测系统泄漏报警进行确认。

本实用新型结构简捷可靠、设计目的明确，操作使用方便，维护保养简单，是先进、经济、实用的泄漏检测系统。随着我国管道工业的蓬勃发展、国家对国有矿藏资源整合的力度不断加大以及管道运营安全的重要性，本实用新型具有很好的应用前景。

本实用新型不仅适用于长输液体管道小泄漏检测，而且也适合于油田集输管网、城市输水管网的泄漏检测，在灵敏度和定位精度有极大优势，能够检测出0.15升/分钟的小泄漏，定位误差在3米以内。有着较为广泛地适用范围。

附图说明

图1小泄漏检测球原理框图

图2放大电路图

图3滤波电路图

图4模数转换电路图

图5小泄漏检测原理图

具体实施方式

实施例.本例是一实验样机，其构成如图1所示，由安装在铝合金球壳、聚氨酯外壳里的驻极体话筒及其信号处理电路、STM32处理器、惯导模块、计时单元、磁场发射装置、SD卡存储器、USB接口、Jtag接口和电池及电源转换组成。

驻极体话筒输出接信号处理电路，信号处理电路接STM32处理器，STM32处理器接惯导模块、计时单元、磁场发射装置、SD卡存储器、USB接口、Jtag接口，电池及电源转换电路与所有电路连接，为其供电。

其中：

信号处理电路由3部分组成，分别为放大电路、滤波电路和模数转换电路。放大电路如图2所示，由电阻、电容、放大器2N930组成。MIC是驻极体话筒，一端与电阻R4、电源相连，且电阻R4连接运放Q1的集电极，另一端与电阻R1、电容C1相连，且电容C1再与运放Q1基极相连，电阻R1另一端与电阻R2、电容C2相连，电阻R2接地，电容C2与电阻R3、电容C3、运放发射极相连，电阻R3接地，电容C 3接输出、电阻R5，电阻R5接地。

滤波电路如图3所示，In接图5中OUT，为信号输入，连接电阻R11，电阻R11再接电容C11、电容C12、电阻R12，电容C11接电阻R13、U1A输出，电容C12接U1A输入负、电阻R13，电阻R12接地，U1A输入正接地；U1A输出连接电阻R21，电阻R21再接电容C21、电容C22、电阻R22，电容C21接电阻R23、U1B输出，电容C22接U1B输入负、电阻R23，电阻R22接地，U1B输入正接地；U1B输出连接电阻R31，电阻R31再接电容C31、电容C32、电阻R32，电容C31接电阻R33、U2A输出，电容C32接U2A输入负、电阻R33，电阻R32接地，U2A输入正接地；U2A输出连接电阻R41，电阻R41再接电容C41、电容C42、电阻R42，电容C41接电阻R43、U2B输出，电容C42接U2B输入负、电阻R43，电阻R42接地，U2B输入正接地；图中U1A、U1B和U2A、U2B是双运放AD822。

模数转换电路如图4所示，图7中0ut与作为模数转换的输入连接IN4，IN4为电阻R50一端，R50另一端接电容C51、U9的IN+，电容C51接地；U10的VDD与电源VCC相连、GND与电源地相连、REF与U9的REF相连；U9的IN-与电源地相连、GND接电源地、VDD接电源VCC、SCK接U11的P33、SDO接U11的P34、CNV接U11的P35；VCC与电源地串联电容C52。

惯导模块型号为ADIS16365芯片，与STM32处理器的SPI1接口连接；

计时单元型号为DS3234精确晶振芯片，与STM32处理器的SPI3接口连接；

SD卡存储器型号为金士顿SDHC 4GB存储卡，与STM32的SDI0接口连接；

磁场发射装置型号为CD42-T4，与STM32的P1.0连接。

本例经试验，其结构简捷可靠，操作使用方便，维护保养简单，是先进、经济、实用的泄漏检测。

Claims (6)

1.一种液体管道小泄漏检测球，其特征是由安装在铝合金球壳、聚氨酯外壳里的驻极体话筒及其信号处理电路、STM32处理器、惯导模块、计时单元、磁场发射装置、SD卡存储器、USB接口、Jtag接口和电池及电源转换组成；

驻极体话筒输出接信号处理电路，信号处理电路接STM32处理器，STM32处理器接惯导模块、计时单元、磁场发射装置、SD卡存储器、USB接口、Jtag接口，电池及电源转换电路与所有电路连接，为其供电；

驻极体话筒将检测到的声音信号经过信号处理电路对模拟信号的放大滤波和模数转换后输出到STM32处理器；惯导模块测量小泄漏检测球的运动信息，为解算小泄漏检测球运动轨迹和泄漏定位提供原始数据；计时单元为STM32处理器提供时间参考；磁场发射装置间断性地向外发射甚低频磁场；SD卡存储器储存STM32处理器获取的声音信息、运动信息、时间信息。

2.根据权利要求1所述的一种液体管道小泄漏检测球，其特征是所述信号处理电路由依次串接的放大电路、滤波电路和模数转换电路3部分组成。

3.根据权利要求2所述的一种液体管道小泄漏检测系统，其特征是所述放大电路由电阻、电容、放大器2N930组成；MIC是驻极体话筒，一端与电阻R4、电源相连，且电阻R4连接运放Q1的集电极，另一端与电阻R1、电容C1相连，且电容C1再与运放Q1基极相连，电阻R1另一端与电阻R2、电容C2相连，电阻R2接地，C2与电阻R3、电容C3、运放发射极相连，电阻R3接地，电容C3接输出、电阻R5，电阻R5接地。

4.根据权利要求2所述的一种液体管道小泄漏检测系统，其特征是所述滤波电路为：In接图5中OUT，为信号输入，连接电阻R11，电阻R11再接电容C11、电容C12、电阻R12，电容C11接电阻R13、U1A输出，电容C12接U1A输入负、电阻R13，电阻R12接地，U1A输入正接地；U1A输出连接电阻R21，电阻R21再接电容C21、电容C22、电阻R22，电容C21接电阻R23、U1B输出，电容C22接U1B输入负、电阻R23，电阻R22接地，U1B输入正接地；U1B输出连接电阻R31，电阻R31再接电容C31、电容C32、电阻R32，电容C31接电阻R33、U2A输出，电容C32接U2A输入负、电阻R33，电阻R32接地，U2A输入正接地；U2A输出连接电阻R41，电阻R41再接电容C41、电容C42、电阻R42，电容C41接电阻R43、U2B输出，电容C42接U2B输入负、电阻R43，电阻R42接地，U2B输入正接地；其中U1A、U1B和U2A、U2B是双运放AD822。

5.根据权利要求2所述的一种液体管道小泄漏检测系统，其特征是所述模数转换电路为：图7中Out与作为模数转换的输入连接IN4，IN4为电阻R50一端，电阻R50另一端接电容C51、U9的IN+，电容C51接地；U10的VDD与电源VCC相连、GND与电源地相连、REF与U9的REF相连；U9的IN-与电源地相连、GND接电源地、VDD接电源VCC、SCK接U11的P33、SDO接U11的P34、CNV接U11的P35；VCC与电源地串联电容C52。

6.根据权利要求2所述的一种液体管道小泄漏检测系统，其特征是所述惯导模块型号为ADIS16365芯片，与STM32处理器的SPI1接口连接；

所述计时单元型号为DS3234精确晶振芯片，与STM32处理器的SPI3接口连接；

所述SD卡存储器型号为金士顿SDHC 4GB存储卡，与STM32的SDIO接口连接；

所述磁场发射装置型号为CD42-T4，与STM32的P1.0连接。

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