CN203023812U

CN203023812U - 一种基于无线传感网络的输油管道泄漏监测系统

Info

Publication number: CN203023812U
Application number: CN 201320023426
Authority: CN
Inventors: 孙赢
Original assignee: Suzhou Vocational University
Current assignee: Suzhou Vocational University
Priority date: 2013-01-16
Filing date: 2013-01-16
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2023-01-16

Abstract

本实用新型公开了一种基于无线传感网络的输油管道泄漏监测系统，主要包括沿输油管道设置的至少三个检测终端和管理终端。其中两个检测终端分别设置在输油管道的两端，其他的检测终端设置在输油管道管壁的外侧，每个检测终端包括压力传感器模块和与之通信连接的第一无线通信模块；所述管理终端包括数据处理模块和与之通信连接的第二无线通信模块，所述至少三个检测终端的第一无线通信模块与所述第二无线通信模块无线通信连接。本实用新型通过设置在输油管道管壁外侧的检测终端判断管道是否存在泄漏以及泄漏的大致区域，再通过负压力波的方法来准确定位管道泄漏地点，能够大幅降低管道泄露定位的误差，缩短定位反应时间。

Description

一种基于无线传感网络的输油管道泄漏监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种输油管道泄漏监测系统，尤其是一种基于无线传感网络的输油管道泄漏监测系统。

背景技术

随着我国能源需求的不断加大，石油、天然气等能源的运输越来越成为一个热门的话题，低成本、高效率的运输能源，在能源经济管理中有着举足轻重的作用。由于管道在长距离输送液体、气体、浆体等方面具有独特的优势，目前已成为继铁路、公路、水路、航空运输以后的第五大运输工具，但随着管线的增多，管龄的增长以及难以避免的腐蚀和破坏。传统的管道泄漏监测系统快速的发现泄露点是至关重要的，但在一些长距离运输的环境下，还无法满足实时性的要求，这就对现代的输油管道泄露监测系统提出了新的要求，新一代系统需要满足监测准确性、及时性的需求，保证输油管线泄漏能够及时被发现，估算泄漏的位置，及时采取有效的防护措施，最大程度的降低经济损失，避免人力的浪费。优质高效的输油管道泄露监测系统，能够大幅减少泄露的风险控制成本，减少经济损失，提高输油管道管理的水平。

实用新型内容

本实用新型设计开发了一种基于无线传感网络的输油管道泄漏监测系统。本实用新型主要是利用分布在管道监测区的多个检测终端通过无线通信的方式形成的多跳的自组织的网络系统来协作地感知、采集和处理由于输油管道泄漏产生的压力波的震动信号，并发送给终端系统进行处理，确定管道泄漏的区域。

本实用新型提供的技术方案为：

一种基于无线传感网络的输油管道泄漏监测系统，包括：

至少三个检测终端，所述至少三个检测终端沿所述输油管道设置，其中两个检测终端分别设置在输油管道的两端，其他的检测终端设置在输油管道管壁的外侧，每个检测终端包括压力传感器模块和第一无线通信模块，所述压力传感器模块与所述第一无线通信模块通信连接；

管理终端，其包括数据处理模块和第二无线通信模块，所述至少三个检测终端的第一无线通信模块与所述第二无线通信模块无线通信连接，所述数据处理模块与所述第二无线通信模块通信连接。

优选的是，每个检测终端还包括处理器模块，所述压力传感器模块通信连接至所述处理器模块，并通过所述处理器模块连接至所述第一无线通信模块。

优选的是，所述管理终端还包括数据存储模块，所述数据处理模块与所述数据存储模块通信连接。

优选的是，所述管理终端还包括数据显示模块，所述数据显示模块与所述数据处理模块通信连接。

优选的是，每个检测终端还包括用于向该检测终端供电的能量供应和管理模块。

优选的是，每个检测终端的处理器模块采用AVR系列ATmegal128L单片机做主芯片。ATmegal128L芯片是ATMEL公司生产的AVR系列处理器，该系列处理器为增强RISC内载闪存的芯片。

优选的是，每个检测终端的压力传感器模块包括压力传感器、信号调理电路和A/D转换电路，所述压力传感器依次通过所述信号调理电路、所述A/D转换电路连接至所述处理器模块。

优选的是，所述其他的检测终端的压力传感器为三轴加速度传感器。

优选的是，所述其他的检测终端的压力传感器采用三轴加速度传感器MMA7260Q，其X、Y、Z三轴分别与所述ATmegal128L单片机的ADC2管脚、ADC1管脚、ADC0管脚连接，所述ATmegal128L单片机的PC0口、PC1口、PC2口和PC3口依次与所述压力传感器的灵敏度量程选择端gs1、灵敏度量程选择端gs2、休眠模式端口和电源端口连接。

本实用新型有效的运用了当前较为流行的无线传感器网络技术，远程监测管道中压力波的实时动态变化，通过采用三轴加速度传感器MMA7260接入检测终端，保证了系统的实时性与准确性，以该系统为主的管道监测站，能够大幅降低管道泄漏定位的误差，缩短定位反应时间，定位误差缩短到2％。

附图说明

图1为本实用新型所述的基于无线传感网络的输油管道泄漏监测系统的系统结构图。

图2为本实用新型所述的检测终端硬件结构框图。

图3为本实用新型所述的三轴加速度传感器MMA7260Q硬件连接图。

图4为本实用新型所述的管理终端系统组成框图。

图5为本实用新型所述的管理终端系统的软件工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本实用新型提供一种基于无线传感网络的输油管道泄漏监测系统，包括管理终端1、分布在管道泄漏监测区域2的多个检测终端3即传感器节点以及在管道首末端的检测终端(未示出)。在管道泄漏监测区域的检测终端之间通过无线通信方式组成一个多跳的自组织网络，各个检测终端之间可以进行数据交换和转发，管道有泄露时，检测终端采集处理的压力异常信号数据信息沿着其他检测终端逐跳地进行传输转发，在传输过程中压力异常信号数据信息能够被分布在管道周围的其他检测终端处理，经过多个检测终端的有效传递传到管理终端，管理终端经第二无线通信模块接收数据信息并通过数据处理模块进行分析处理，确定数据信息来自管道泄漏监测区域的哪个检测终端，进而确定管道泄漏的区域。

图2为检测终端硬件结构框图，如图2所示，检测终端主要包括四大模块：压力传感器模块，处理器模块，第一无线通信模块，能量供应和管理模块。其中压力传感器模块包括压力传感器、信号调理电路和A/D转换电路，压力传感器依次通过信号调理电路、A/D转换电路连接至处理器模块，能量供应和管理模块向该检测终端供电。压力传感器模块负责对大范围区域内管道中的压力异常信息进行采集，主要是压力波的异常变化信息。处理器模块相当于该检测终端的大脑，能够对采集到的压力异常信号进行有效的去噪、识别处理，通过对采集到的信息进行有效的分析处理。第一无线通信模块主要负责将采集到的压力波信息在各个节点之间准确的、低损耗的传递，保证相对完整的信息能够准确到达管理终端，为后期的识别做准备。

当管道发生泄漏时，由于管内外的压差，泄漏点的流体迅速流失，压力下降。泄漏点两端由于压差而向泄漏点处补充。这一过程依次向管道的上下游传递，相当于泄漏点处产生了一定速度的压力波，而此压力波会使管壁产生震动。在该监测系统中管道泄漏监测区域的检测终端采用三轴加速度传感器MMA7260Q对管壁的震动信号进行采集，进而判断管内压力是否正常。

MMA7260Q是一款工业上常用的单芯片硬件，对异常震动信号有较好的监视效果，并且其体积尺寸很小，占用空间有限，一般电池就能完成供电，多种节能模式可供选择，四种高灵敏度相位选择(1.5G/2G/4G/6G)，能够准确采集800mV/g1.5g的震动信号。由于MMA7260Q内部具备信号调理功能，处理器ATmegal128L芯片内部有A/D转换器，所以MMA7260Q能与处理器直接相连，并不经过信号调理电路和A/D转换电路。如图3所示，X，Y，Z三轴的模拟加速度值分别通过ATmega128L的ADC2，ADC1和ADC0进行电压采样完成模数转换，PC0，PC1控制MMA7260传感器的量程，有1.5G/2G/4G/6G共4个量程可选，对应PC1、PC0需输入二进制的0～3，PC2控制MMA7260的休眠模式，当PC2输入低电平时，MMA7260进入休眠模式，此时只有3μA的电流消耗，PC3为MMA7260提供电源支持。

图4为本实用新型所述的管理终端系统组成框图，图中可分为五大部分：第二无线通信模块、人机接口模块、数据显示模块、数据处理模块以及数据存储模块。

第二无线通信模块主要是采集来自检测终端的数据信息。

人机接口模块是管道管理人员与一些底层信息之间作为直接的交流平台，通过这样一个软件平台，管道管理人员能对底层采集的数据完成实施监控。

数据显示模块包括实时管道压力信息显示模块、历史泄漏数据显示模块，该模块可以提供和管道压力、泄露相关的实时数据以及历史日志信息，便于管理人员了解相应情况。

数据处理模块是整个管道泄露监视软件的核心，完成软件的压力泄露数据分析与处理。当系统监测到数据异常时，将发生报警警告：发生严重泄漏。通过点击“确定”按钮利用泄漏定位点计算函数就可以对泄漏点进行定位，并可以通过设置“保存”按钮来保存当前(即发生泄漏时)的相关数据。

数据存储模块主要是保证历史数据的有效存储，模块包含实时库和历史库。主要是起到大型数据库的作用：历史库主要保存三个月以内的历史数据，可通过不同的时间设置完成历史数据的实时搜索定位，而实时库显示的是当前监测系统的实时压力变化情况，设有设备报价、日志报价、SOE报警等功能。可以对当前压力数值进行曲线的描述和数值的读取，其中，数值以文本的形式存储到历史库中。

图5为本实用新型所述的管理终端系统的软件工作流程图。如图5所示，管理终端软件系统每10秒监测一次检测终端传来的数据并保存当前数据相关信息，判断数据是否存在异常，如果数据正常就继续监测，如果数据存在异常就进行泄漏报警，并保存当前相关数据，接下来系统就调用泄漏定点计算函数，报警信息显示泄漏点的位置。

其中管理终端软件系统的泄漏定点计算函数是根据负压力波法得到的，主要是对管道泄漏的位置进行较准确的计算，而管道泄漏区域设置的检测终端可以让管理人员快速知道管道是否有泄漏以及管道泄漏点的大致区域。由于在管道两端也设有检测终端(未示出)，其中也包括压力传感模块、处理器模块、第一无线通信模块，所以当管道发生泄漏使时，在管道泄漏处产生的负压力波就会以一定的速度向管道两端传递，并被设置在管道两端的压力传感器检测到，采集的压力波数据经处理器模块处理后通过第一无线通信模块发送给管理终端系统，管理终端系统根据管道首末两端压力传感器捕获负压波的时间差和负压波在管道中的速度来计算出泄漏点的位置。所以泄漏定点计算函数由

Δt = \frac{x_{0}}{v - u} - \frac{L - x_{0}}{v + u}

可得到：

x_{0} = \frac{L (u - v) + (v^{2} - u^{2}) Δt}{2 u},

其中Δt为首末两端压力传感器捕获负压波的时间差，x₀为管道泄漏点的位置，u为管道媒质的流速，v为管道内负压波的传播速度。其中管道内负压波的传播速度v与输油管道的有效距离L，输油管道的有效内壁宽度D，管道管壁厚度e，输油材料受压形变程度E，传输物质的密度ρ，流体体积弹性系数K有关，公式为：

c₁是与管道约束条件有关的修正系数。通过远程的信息采集和有效的监测定位，保证泄露信息能够被快速的采集，并且及时的报警，避免进一步的损失。

本实用新型所述的基于无线传感网络输油管道监测系统通过利用无线传感网络技术的传感器节点来准确监测泄漏事件的发生，让管理人员能快速的知道管道泄漏的区域，很好的解决了漏油管道不能被及时发现的问题，同时利用负压力波的方法对管道泄漏处进行较为准确的定位，保证了准确性和及时性。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims

1.一种基于无线传感网络的输油管道泄漏监测系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于无线传感网络的输油管道泄漏监测系统，其特征在于，每个检测终端还包括处理器模块，所述压力传感器模块通信连接至所述处理器模块，并通过所述处理器模块连接至所述第一无线通信模块。

3.如权利要求1所述的基于无线传感网络的输油管道泄漏监测系统，其特征在于，所述管理终端还包括数据存储模块，所述数据处理模块与所述数据存储模块通信连接。

4.如权利要求3所述的基于无线传感网络的输油管道泄漏监测系统，其特征在于，所述管理终端还包括数据显示模块，所述数据显示模块与所述数据处理模块通信连接。

5.如权利要求1所述的基于无线传感网络的输油管道泄漏监测系统，其特征在于，每个检测终端还包括用于向该检测终端供电的能量供应和管理模块。

6.如权利要求2所述的基于无线传感网络的输油管道泄漏监测系统，其特征在于，每个检测终端的处理器模块采用AVR系列ATmegal128L单片机做主芯片。

7.如权利要求6所述的基于无线传感网络的输油管道泄漏监测系统，其特征在于，每个检测终端的压力传感器模块包括压力传感器、信号调理电路和A/D转换电路，所述压力传感器依次通过所述信号调理电路、所述A/D转换电路连接至所述处理器模块。

8.如权利要求7所述的基于无线传感网络的输油管道泄漏监测系统，其特征在于，所述其他的检测终端的压力传感器为三轴加速度传感器。

9.如权利要求8所述的基于无线传感网络的输油管道泄漏监测系统，其特征在于，所述其他的检测终端的压力传感器采用三轴加速度传感器MMA7260Q，其X、Y、Z三轴分别与所述ATmegal128L单片机的ADC2管脚、ADC1管脚、ADC0管脚连接，所述ATmegal128L单片机的PC0口、PC1口、PC2口和PC3口依次与所述压力传感器的灵敏度量程选择端gs1、灵敏度量程选择端gs2、休眠模式端口和电源端口连接。