CN204026159U - 一种管道堵塞监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种管道堵塞监测系统，它包括低频声波发射装置，低频声波发射装置设置在管道首站和管道末站，在管道首站内和管道末站内分别设置有声波传感器，管道首站内的声波传感器将采集到的音波信号传输至一数据采集及预处理装置；管道末站内的两声波传感器将采集到的音波信号传输至另一数据采集及预处理装置，两数据采集及预处理装置对接收到的音波信号处理后得到回波数据；两数据采集及预处理装置分别网络将回波数据传输至堵塞监测定位装置；堵塞监测定位装置对接收到的回波数据融合处理后传输至监控终端；两数据采集及预处理装置上都设置有GPS接收装置。本实用新型可以广泛在各种领域的管道监测中应用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种管道堵塞监测系统，特别是关于一种基于正压音波与负压音波融合的管道堵塞监测系统及其监测融合处理方法。
背景技术
随着国民经济的快速发展，管道运输在国民经济、国防工业生产中正发挥着越来越重要的作用。在运输过程中，时有会出现管道堵塞的情况，这不仅会造成严重的经济损失、环境污染，更会带来人身伤害。现有的主流管道堵塞监测方法有正压波法、管道模拟仿真法和音波法，如表1所示：
表1堵塞监测方法性能对比
| 监测方法 | 安全性 | 灵敏度 | 定位精度 | 响应时间 |
| 正压波法 | 差 | 差 | 一般 | 快 |
| 管道模拟仿真法 | 高 | 好 | 较差 | 慢 |
| 音波法 | 高 | 较好 | 高 | 快 |
由表1可知，现有主流管道堵塞监测方法都存在一定的问题亟需解决。
发明内容
针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种管道堵塞监测系统及其监测融合处理方法，能够有效地监测出管道堵塞情况以及堵塞位置。
为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种管道堵塞监测系统，其特征在于：它包括两个低频声波发射装置、四个声波传感器、两个数据采集及预处理装置、两个GPS接收装置、一堵塞监测定位装置和一监控终端；两个所述低频声波发射装置分别设置在管道首站和管道末站，用于在管道首站向管道内发射正压音波且在管道末站向管道内发射负压音波；在所述管道首站内和管道末站内分别设置有两个所述声波传感器，用于采集管道内的正压及负压音波信号；位于所述管道首站侧，设置在所述管道首站内的两所述声波传感器将采集到的音波信号传输至一所述数据采集及预处理装置；位于所述管道末站侧，设置在所述管道末站内的两所述声波传感器将采集到的音波信号传输至另一所述数据采集及预处理装置，两所述数据采集及预处理装置并行结构设置，对接收到的音波信号处理后得到正压音波和负压音波的回波数据；两所述数据采集及预处理装置分别将正压音波和负压音波的回波数据传输至所述堵塞监测定位装置；所述堵塞监测定位装置对接收到的回波数据融合处理后传输至监控终端；两所述数据采集及预处理装置上都设置有所述GPS接收装置。
每个所述低频声波发射装置都由一电磁阀、一电磁阀控制系统和一气源构成；所述气源设置在管道外部，由所述电磁阀控制；所述电磁阀设置在所述管道首站或管道末站，由所述电磁阀控制系统控制。
本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型采用并行结构，在管道两端安装两个数据采集及预处理装置和两套GPS接收装置，数据采集及预处理装置将接收到的音波信号传输至堵塞监测定位装置，GPS接收装置实现管道首站和管道末站两端的时间同步，同时准确确定音波信号的发射时间。2、本实用新型的监测融合处理方法基于由低频声波发射装置、声波传感器、数据采集及预处理装置、GPS接收装置、堵塞监测定位装置和监控终端构成的监测系统实现，通过往管道里发射音波，当音波遇到堵塞点时，会沿着管道传输回到发射点，通过测量发射声波和反射回声的时间延迟，并结合管道内声速，可精确计算出管道内堵塞点的位置；具有定位精度高，对管道无破坏性，误报率低，漏检率低，具有良好的容错性等优点；当堵塞面积小时，检测及定位精度高。本实用新型可以广泛在各种领域的管道监测中应用。
附图说明
以下结合附图来对本实用新型进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本实用新型，它们不应该理解成对本实用新型的限制。
图1是本实用新型的管道堵塞监测系统结构示意图。
具体实施方式
本实用新型的正压音波和负压音波的定义为：当管道外的压力高于管内压力时，通过电磁阀的突然打开，管外流体会突然膨胀，产生泄漏音波信号，此时的音波信号为正压音波；当管外压力低于管内压力时，电磁阀突然打开，管内流体会突然膨胀，会产生类似泄漏的负压音波信号。下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。
如图1所示，本实用新型的管道堵塞监测系统包括两个低频声波发射装置1、四个声波传感器2、两个数据采集及预处理装置3、两个GPS接收装置5、一堵塞监测定位装置4和一监控终端6。
两个低频声波发射装置1分别设置在管道首站7和管道末站8，用于管道首站7向管道9内发射正压音波以及管道末站8向管道9内发射负压音波，负压音波信号和正压音波信号分别从管道首站7和管道末站8在管道9中沿着管道传播。在管道首站7内和管道末站8内分别设置有两个声波传感器2，分别用于采集管道9内由堵塞点反射回来的的负压及正压音波信号。位于管道首站7侧，设置在管道首站7内的两声波传感器2将采集到的音波信号传输至一数据采集及预处理装置3；位于管道末站8侧，设置在管道末站8内两声波传感器2将采集到的音波信号传输至另一数据采集及预处理装置3，两数据采集及预处理装置3并行结构设置，对接收到的音波信号进行放大、滤波，消除噪声和干扰等处理后得到正压音波和负压音波的回波数据。两数据采集及预处理装置3分别将正压音波和负压音波的回波数据传输至堵塞监测定位装置4；在两数据采集及预处理装置3上都设置有GPS接收装置5，这样可以实现管道首站7和管道末站8两端音波信号采集时间的同步，同时准确确定音波信号的发射时间。堵塞监测定位装置4用于实时对接收到的正压音波和负压音波的回波数据进行融合处理，处理后的信息传输至监控终端6。
上述实施例中，每个低频声波发射装置1都由一电磁阀、一电磁阀控制系统和一气源构成。气源设置在管道9外部，由电磁阀控制气源内气体通入管道9内的流量。电磁阀设置在管道首站7和管道末站8，由电磁阀控制系统控制电磁阀的开启和关闭。其中，电磁阀控制系统可以采用现有技术中已有的控制系统，实现对电磁阀开/关的控制。
上述实施例中，基于本实用新型的管道堵塞监测系统，堵塞监测定位装置4对正压音波和负压音波的回波数据进行融合处理方法包括以下步骤：
1)对数据采集及预处理装置3传输至的音波信号y(t)进行分析，假设无堵塞信号为H0，无堵塞的概率为P(H0)；有堵塞信号为H1，有堵塞的概率为P(H1)，假设随机变量U表示第i个传感器的判决，u表示随机变量U的某一取值，当u＝0时，判决为H0，即无堵塞,依据概率相关理论可知，此时虚警概率为P(D1|H0)，漏报概率为P(D0|H1)，总的错误概率为P＝P(H0,D1)+P(H1,D0)＝P(H0)P(H1,D0)+P(H1)P(H0,D1)；
2)将在管道9两端并行结构设置的数据采集及预处理装置3中的检测概率和虚警概率进行检测融合，假设管道首站7的检测概率和虚警概率分别为PD1,PF1,而管道末站8相应的检测概率和虚警概率为PD2,PF2，令Cij为假设Hj成立时，做出决策Hi的代价。
3)根据并行结构的贝叶斯融合检测准则可知，通过融合后，堵塞系统的检测概率为PD,虚警概率为PF，则融合公式为：
当PD≥0.9时，即可判断有堵塞发生，堵塞监测定位装置4将堵塞判断结果发送到监控终端6，由监控终端6对发生堵塞管道的位置进行显示和报警。
综上所述，本实用新型使用时，管道首站7和管道末站8两端通过控制电磁阀的开启和关闭实现对音波信号强度和时间的控制，正、负压音波将以平面波形式在管道9中传播。当管道9发生堵塞时，在管道9内传播的音波信号被堵塞点反射，反射回波信号沿着管道9传播被管道9入口处的音波传感器接收，音波传感器将接收的反射回波信号进行放大、滤波、消除噪声和干扰处理，并将处理后的信号发送到堵塞监测定位服务器，利用GPS能够准确确定音波发射时间和反射回波接收时间；堵塞监测定位服务器对两端检测信息进行融合处理，并对融合处理结果进行判决，如果发生堵塞则对管道9堵塞位置进行定位，同时将堵塞判断结果发送到监控终端6，监控终端6实时显示管道状态，如果发生堵塞，则进行报警提示。
上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。
Claims (2)
1.一种管道堵塞监测系统，其特征在于：它包括两个低频声波发射装置、四个声波传感器、两个数据采集及预处理装置、两个GPS接收装置、一堵塞监测定位装置和一监控终端；两个所述低频声波发射装置分别设置在管道首站和管道末站，用于在管道首站向管道内发射正压音波且在管道末站向管道内发射负压音波；在所述管道首站内和管道末站内分别设置有两个所述声波传感器，用于采集管道内的正压及负压音波信号；位于所述管道首站侧，设置在所述管道首站内的两所述声波传感器将采集到的音波信号传输至一所述数据采集及预处理装置；位于所述管道末站侧，设置在所述管道末站内的两所述声波传感器将采集到的音波信号传输至另一所述数据采集及预处理装置，两所述数据采集及预处理装置并行结构设置，对接收到的音波信号处理后得到正压音波和负压音波的回波数据；两所述数据采集及预处理装置分别将正压音波和负压音波的回波数据传输至所述堵塞监测定位装置；所述堵塞监测定位装置对接收到的回波数据融合处理后传输至监控终端；两所述数据采集及预处理装置上都设置有所述GPS接收装置。
2.如权利要求1所述的一种管道堵塞监测系统，其特征在于：每个所述低频声波发射装置都由一电磁阀、一电磁阀控制系统和一气源构成；所述气源设置在管道外部，由所述电磁阀控制；所述电磁阀设置在所述管道首站或管道末站，由所述电磁阀控制系统控制。
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| CN104006299A (zh) * | 2014-05-16 | 2014-08-27 | 中国海洋石油总公司 | 一种管道堵塞监测系统及其监测融合处理方法 |
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| CN104848034A (zh) * | 2015-05-08 | 2015-08-19 | 中国海洋石油总公司 | 模拟油气输送管道固体水合物生成、堵塞和解堵的方法 |
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