CN206290980U - 一种燃气管网泄漏瞬变压力波实时采集模块 - Google Patents

Abstract

一种燃气管网泄漏瞬变压力波实时采集模块，包括信号采集单元、信号调理单元、模数转换单元、光耦隔离单元、时间同步单元、ZigBee模块和电源管理单元；信号采集单元进行信号实时采集并将所采集的信号输入信号调理单元，信号调理单元对信号进行滤波和放大处理后将信号输入模数转换单元，模数转换单元将信号进行模数转换后将信号输入后输入光耦隔离单元，光耦隔离单元将信号进行隔离处理并将信号输入ZigBee模块，ZigBee模块将信号进行打包并经过天线进行上传，电源管理单元分别对各单元或模块供电。本模块所采集的泄漏瞬变压力波信号完全能够满足远程数据处理中心的要求。

Description

一种燃气管网泄漏瞬变压力波实时采集模块

技术领域

本实用新型涉及一种信号采集模块，特别涉及一种用于燃气管网泄漏瞬变压力波的实时采集模块。

背景技术

随着城市燃气需求的急剧增加，城市燃气管网规模日趋庞大，安全隐患和风险也随之增加。研发适用于城市燃气管网的泄漏智能检测技术，对于减少损失，保护人民生命和财产安全，保障城市燃气管网的安全稳定运行具有重要的理论意义和应用价值。燃气管网发生泄漏时，泄漏点处产生的泄漏瞬变压力波能够在管网内通过管道和燃气介质向泄漏点的上下游传播。通过检测并分析这种泄漏瞬变压力波的特性能够为准确判断燃气泄漏并精确定位管道泄漏点提供可靠依据。由于一个城市的燃气管网分布范围广，空间跨度大，为了对整个管网内的泄漏瞬变压力波信号实施全面的监控，需要构建基于无线传感器网络的管网监测系统。系统中的多个无线传感器节点负责采集管网中各管段内燃气的压力、流量以及泄漏瞬变压力波参数，这些参数上传至远程数据处理中心，远程数据处理中心根据泄漏瞬变压力波信号中所包含的各种特征来分析和判断是否有泄漏的产生。因此燃气管网泄漏瞬变压力波信号采集的实时性和准确性决定了燃气泄漏判断的关键因素。

发明内容

为了保证对燃气管网泄漏瞬变压力波信号采集实时准确，本实用新型提供一种燃气管网泄漏瞬变压力波实时采集模块.

为实现本实用新型的目的，采用了下述的技术方案：一种燃气管网泄漏瞬变压力波实时采集模块，包括信号采集单元、信号调理单元、模数转换单元、光耦隔离单元、时间同步单元、ZigBee模块和电源管理单元；信号采集单元进行信号实时采集并将所采集的信号输入信号调理单元，所述信号调理单元对信号进行滤波和放大处理后将信号输入模数转换单元，所述模数转换单元将信号进行模数转换后将信号输入后输入光耦隔离单元，所述光耦隔离单元将信号进行隔离处理并将信号输入ZigBee模块，所述ZigBee模块将信号进行打包并经过天线进行上传，所述电源管理单元分别对信号采集单元、信号调理单元、模数转换单元、光耦隔离单元、时间同步单元、ZigBee模块供电；进一步的，所述的ZigBee模块采用CC2530芯片；进一步的，所述CC2530芯片RF_P与RF_N管脚通过巴伦匹配电路与RFX2401C芯片连接；进一步的，所述的一种燃气管网泄漏瞬变压力波实时采集模块，其特征在于所述电源管理单元由电源管理模块、蓄电池和光伏模块构成，通过光伏模块或蓄电池对电源管理模块供电，光伏模块可对蓄电池充电；进一步的，所述时间同步单元采用GPS同步时钟模块；进一步的，所述信号采集单元传感器采用压电式动态压力传感器；进一步的，所述模数转换单元采用ADS8325芯片实现模数转换。

本实用新型的积极有益技术效果在于：经测试证明，本实用新型的燃气管网泄漏瞬变压力波实时采集模块具有很高的实时性和准确性，所采集的泄漏瞬变压力波信号完全能够满足远程数据处理中心的要求。

附图说明

图1 燃气管网泄漏瞬变压力波实时采集模块硬件结构示意图。

图2 信号调理单元滤波电路。

图3 信号调理单元信号放大电路。

图4 模数转换单元的基准电源处理电路原理图。

图5 模数转换单元的电路原理图。

图6 信号隔离电路示意图。

图7 CC2530无线微处理器同RFX2401C芯片的接口电路图。

具体实施方式

本实用新型提供的一种燃气管网泄漏瞬变压力波实时采集模块，包括信号采集单元、信号调理单元、模数转换单元、光耦隔离单元、时间同步单元、ZigBee模块和电源管理单元；信号采集单元进行信号实时采集并将所采集的信号输入信号调理单元，所述信号调理单元对信号进行滤波和放大处理后将信号输入模数转换单元，所述模数转换单元将信号进行模数转换后将信号输入后输入光耦隔离单元，所述光耦隔离单元将信号进行隔离处理并将信号输入ZigBee模块，所述ZigBee模块将信号进行打包并经过天线进行发送，所述电源管理单元分别对信号采集单元、信号调理单元、模数转换单元、光耦隔离单元、时间同步单元、ZigBee模块供电。

本实用新型提供的一种燃气管网泄漏瞬变压力波实时采集模块主要负责对燃气管网内的泄漏瞬变压力波信号进行采集和处理，并将采集的信息以多跳路由的方式传递给网络协调器。从节能和系统集成的角度考虑， ZigBee模块中可采用CC2530为硬件核心。

信号采集单元主要由压电式动态压力传感器及其相关外围电路实现，负责将管道内介质的瞬变压力波转换为微弱电压信号。

信号调理单元负责对压电式动态压力传感器输出的微弱电压信号进行滤波和放大处理，从而得到适合模数转换器输入的电压范围。图2为信号调理单元滤波电路实施例，通过整定信号调理单元滤波电路的电阻值和电容值，能够实现截止频率为10kHz的泄漏瞬变压力波信号低通滤波器。图3为信号调理单元信号放大电路，其中U1A和U2B为NE5532运算放大器。信号调理单元信号放大电路中的核心器件为VCA821增益可调，通过调整可调电阻P2和P4的阻值，从而改变VCA821宽带运算放大器Vg端的控制电压，实现增益从-40dB至40dB的线性调整，满足了不同强度信号的放大需要。

经过调理的燃气管网泄漏瞬变压力波信号送入模数转换单元，可以采用ADS8325芯片作为模数转换单元的核心。ADS8325的最高采样频率100kHz，转换精度为16位，并具有较宽的电压工作范围，能够在2.7到5.5V范围内正常工作。ADS8325具有硬件SPI接口，用此接口同CC2530无线微处理器的硬件SPI接口连接，进行数据交换。ADS8325和CC2530无线微处理器之间需要采用PC900V光耦进行信号隔离，以防止高频干扰信号进入CC2530无线微处理器。CC2530无线微处理器内部已经集成了SPI总线，只要将相应的I/O口P1.4、P1.5、P1.6和P1.7配置为外设，然后将USART配置成SPI方式即可将P1.4、P1.5、P1.6和P1.7四个引脚配置为SPI接口的CSN、SCK、MOSI和MISO引脚，SPI的主从模式通过相关的寄存器来选择。

ZigBee模块功能可采用CC2530无线微处理器实现，它是一款兼具微处理器和无线传输功能的射频SOC。这里可以进一步选择CC2530F256芯片作为传感器节点的核心，传感器节点使用的数据处理和无线传输单元应该满足如下要求：外形尽量小，集成度尽量高，功耗低且支持睡眠模式，运行速度要尽量快，要有足够的外部通用I/O端口和通信接口，成本要尽量低且安全性有保证。

由于CC2530无线微处理器的无线传输距离在开阔地带为200m左右，且其穿墙功能不强，为提高ZigBee网络的传输距离与复杂室内环境中的穿透能力，系统采用了RFX2401C芯片对CC2530发送的无线射频信号进行功率放大。经测试，采用了RFX2401C芯片的网络节点传输距离可达500~1000m，最远1500m，且穿透能力得到了较大的提升。RFX2401C芯片通过巴伦匹配电路与CC2530无线微处理器射频输入输出端的RF_P和RF_N管脚连接。

时间同步单元由GPS同步时钟模块组成， GPS同步时钟模块在接收到包含当前时间基准信息的卫星电文后，输出的秒脉冲信号与GPS 时间基准的同步误差在50ns内。管网中的无线传感器网络每个传感器节点分别连接一个GPS模块，就可以实现高精度的数据同步采集。

电源管理单元由光伏模块、蓄电池和电源管理模块组成。为了满足传感器节点不间断供电的需要，本实用新型配置了蓄电池和光伏模块，在光线充足的情况下采用光伏供电，并且为蓄电池充电，在光线不足时采用蓄电池供电。而电源模块的功能是把蓄电池提供的12V电压转换为稳定的5V电压和3.3V电压，供各电路使用。

由多个燃气管网泄漏瞬变压力波实时采集模块组成的无线传感器网络开始运行后，CC2530无线微处理器首先申请加入网络，成功后定时启动A/D转换器对燃气管网泄漏瞬变压力波信号进行转换，转换后的结果送数据传输单元RF前端，经过天线进行发送。

本实用新型提供一种燃气管网泄漏瞬变压力波实时采集模块具有实时检测，准确性高的优点，完全能够满足远程数据处理中心的要求。

Claims (7)

1.一种燃气管网泄漏瞬变压力波实时采集模块，包括信号采集单元、信号调理单元、模数转换单元、光耦隔离单元、时间同步单元、ZigBee模块和电源管理单元；其特征再有：信号采集单元进行信号实时采集并将所采集的信号输入信号调理单元，所述信号调理单元对信号进行滤波和放大处理后将信号输入模数转换单元，所述模数转换单元将信号进行模数转换后将信号输入后输入光耦隔离单元，所述光耦隔离单元将信号进行隔离处理并将信号输入ZigBee模块，所述ZigBee模块将信号进行打包并经过天线进行上传，所述电源管理单元分别对信号采集单元、信号调理单元、模数转换单元、光耦隔离单元、时间同步单元、ZigBee模块供电。

2.根据权利要求1所述的一种燃气管网泄漏瞬变压力波实时采集模块，其特征在于所述的ZigBee模块采用CC2530芯片。

3.根据权利要求2所述的一种燃气管网泄漏瞬变压力波实时采集模块，其特征在于所述CC2530芯片RF_P与RF_N管脚通过巴伦匹配电路与RFX2401C芯片连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种燃气管网泄漏瞬变压力波实时采集模块，其特征在于所述电源管理单元由电源管理模块、蓄电池和光伏模块构成，通过光伏模块或蓄电池对电源管理模块供电，光伏模块可对蓄电池充电。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种燃气管网泄漏瞬变压力波实时采集模块，其特征在于所述时间同步单元采用GPS同步时钟模块。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种燃气管网泄漏瞬变压力波实时采集模块，其特征在于所述信号采集单元传感器采用压电式动态压力传感器。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种燃气管网泄漏瞬变压力波实时采集模块，其特征在于所述模数转换单元采用ADS8325芯片实现模数转换。