专利名称：基于次声波的天然气管道泄漏远程检测装置、方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明是关于天然气管道检测技术，具体来说是关于天然气管道泄漏检 测技术，尤其是关于一种基于次声波的天然气管道泄漏远程检测装置、方法 及系统。
背景技术：
目前与未来几年，是我国长距离输气管道建设的高峰期，预计新建管线长度将达到1.2万公里，建成进口俄罗斯天然气干线及支线、青海天然气东 输管线、西气东输、西气东输二线与忠武线、陕京二线联络线以及支线。2015 年形成五横、两纵、三站、六库、七管网的多气源、多用户供气网络。然 而，天然气管道泄漏将引起环境污染、燃烧爆炸等严重后果，并将造成很大 的直接、间接经济损失。国内外目前对于原油、成品油与城市地下水等液体输送管道的远程泄漏 检测方法已相对成熟，天然气泄漏的离线探测技术应用较多。而因天然气特 有的强可压縮性，适用于天然气管道泄漏检测的方法与装置亟待研究。中国发明专利申请号为9612100.1的技术方案中揭示了一种流体输送管 道泄漏检测定位的方法及装置，其利用用神经网络、模式识别对管道运行状 况分类、小波变换抑制噪声影响，动态校准流量计误差并建立适用于等温和 不等温管道的水力热力综合模型，自学习智能化对各种管道的泄漏进行精确 检测定位。中国发明专利申请号为99107241.3的技术方案揭示了一种流体输送管道 泄漏监测定位方法及装置，其在待测管路两端分别装有计算机或智能化仪表， 采集两端流量和压力信号，通过传输媒介将两端连接成一套统一的智能监测 装置，利用压力，流量变化分别进行计算，不断更新的判别基数对泄漏进行判别，以管道实测压力波传递时间为基数，以压力波传递速度和流量差的实 测关系曲线对泄漏点进行定位。中国发明专利申请号为200410019451.6的技术方案揭示了一种基于压力 信号检测油气管道泄漏的方法，采集非平稳状态下的压力变送器输出值序列， 采用批处理法和递归处理法对非平稳信号加以变换处理，以变换的平稳压力 信号序列采用序贯概率比检验法递推公式计算检验参数，当检验参数大于报 警上限时，则判断管道发生了泄漏。现有技术采用负压力声波法检测天然气管道，较容易出现误判，为了解 决误判的问题，中国发明专利申请号为200710097721.9的技术方案提出了一 种基于动态低频技术的管道泄漏检测仪，对管道泄漏瞬间的动态压力变化量 进行动态响应，提高了检测精度，可区分出泄漏音波信号。上述专利所公开 的内容合并于此，以作为本发明的现有技术。现有技术的检测装置通常是一个19英寸3U高的标准机箱(大约为 450mmX132mmX400mm)，体积较大，且只具有执行功能，不具有控制、处 理功能，必须和计算机相连，通过计算机来控制检测装置。发明内容本发明的目的在于提供一种基于次声波的天然气管道泄漏远程检测装置 及系统，克服了现有负压波与实时模型等方法因天然气具有较强的压缩性所 产生的误判，解决了天然气管道泄漏的远程在线识别问题。为了实现上述目的，本发明实施例提供一种基于次声波的天然气管道泄 漏远程检测装置，所述的装置包括次声波传感单元，安装于待检测的天然 气管道上，对管道内的泄漏次声波信号进行检测，生成传感数据；数据处理 单元，耦接于所述的次声波传感单元，接收传感数据，进行数据分析与泄漏 识别处理，生成处理结果数据；时序采集单元，耦接于所述的数据处理单元， 接收同步时基信号，并根据所述的同步时基信号同步时钟；通信接口单元， 耦接于所述的数据处理单元，用于输出所述的传感数据和处理结果数据；显示单元，耦接于所述的数据处理单元，用于显示所述的传感数据和处理结果 数据。为了实现上述目的，本发明实施例还提供一种基于次声波的天然气管道 泄漏远程检测系统，所述的系统包括多个基于次声波的天然气管道泄漏远 程检测装置，所述的检测装置接收采集命令，分解采集命令并设置采集参数， 发送传感数据和处理结果数据；主控台，耦接所述的检测装置，发送釆集命 令，接收所述的检测装置发送的传感数据和处理结果数据。为了实现上述目的，本发明实施例还提供一种基于次声波的天然气管道 泄漏远程检测方法，所述的方法包括发送采集命令的步骤；接收釆集命令， 分解采集命令并设置采集参数的步骤；接收同步时基信号，并根据同步时基 信号同步时钟的步骤；接收到次声波信号，输出传感数据的步骤；接收传感 数据，进行数据分析与泄漏识别处理，生成处理结果数据并将传感数据和处 理结果数据发送的步骤。本发明实施例的有益效果在于，通过本发明提供的一种基于次声波的天 然气管道泄漏远程检测装置及系统，可以早期、精确和远程的检测天然气管 道的泄漏。通过linux嵌入系统和arm芯片，可以加快开发速度，有效减少 成本。不仅具有执行功能，还具有控制和处理功能，不必通过计算机来控制 检测装置。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部 分，并不构成对本发明的限定。在附图中图1为本发明次声波的天然气管道泄漏远程检测装置模块图；图2为本发明次声波的天然气管道泄漏远程检测装置另一实施例的模块图；图3为本发明次声波的天然气管道泄漏远程检测装置另一实施例的模块图；图4为本发明次声波的天然气管道泄漏远程检测装置另一实施例的模块图；图5为本发明次声波的天然气管道泄漏远程检测装置另一实施例的模块图；图6为本发明次声波的天然气管道泄漏远程检测装置另一实施例的模块图；图7为本发明次声波的天然气管道泄漏远程检测装置另一实施例的通信 接口单元107的示意图；图8为本发明次声波的天然气管道泄漏远程检测系统800的一实施例的 网络拓扑图；图9为本发明次声波的天然气管道泄漏远程检测装置的前面板示意图； 图10为本发明次声波的天然气管道泄漏远程检测装置的后面板接口示 意图；图11为本发明次声波的天然气管道泄漏远程检测方法的一实施例的流 程图；图12为本发明次声波的天然气管道泄漏远程检测方法的另一实施例的 流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式 和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其 说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。本发明实施例提供一种次声波的天然气管道泄漏远程检测装置。以下结 合附图对本发明进行详细说明。图1为本发明次声波的天然气管道泄漏远程检测装置模块图，如图1所 示，天然气管道泄漏远程检测装置100包括次声波传感单元101，安装于待检测的天然气管道上，对管道内的泄漏次声波信号进行检测，检测的特征频段为0.5Hz-20Hz，在本实施例中，次声 波传感单元101可包含一频率共振传感器或一压力传感器，检测到次声波模 拟信号后，通过24bit精密锁相模数转换器将模拟信号转为数字信号，并将 数字信号输出；数据处理单元103，耦接于所述的次声波传感单元IOI，接收传感数据， 在本实施例中，接收到的传感数据为一数字信号，数据处理单元103对数字 信号进行数据分析与泄漏识别处理，生成处理结果数据；时序采集单元105，耦接于所述的数据处理单元103，接收外部的同步时 基信号，并根据所述的同步时基信号同步检测装置100的时钟；通信接口单元107，耦接于所述的数据处理单元103，用于输出所述的传 感数据和处理结果数据，在本实施例中，通信接口单元107可实现全线数据 连网或和现场计算机交换数据；显示单元109，耦接于所述的数据处理单元103，用于显示所述的传感数 据和处理结果数据。在本实施例中，数据处理单元103基于ARM926架构，使用了 Atmd 公司的AT91SAM9263器件，并使用选用超大规模FPGA实现数据的采集、 整理、校正、缓存，使检测装置的核心板尺寸很小，只有115mmX132mm(多 层板结构)，同时使次声波的天然气管道泄漏远程检测装置100体积有效的 縮小，并减轻了重量，在本实施例中次声波的天然气管道泄漏远程检测装置 100的体积约为144mmX 144mmX 150mm。在本实施例中，时序采集单元105可以是一 GPS时序采集单元，选用的 是高灵敏度GPS部件，灵敏度接近理论极限，核心控制采用的是ARM9核。 GPS部件发出的基准时基脉冲，误差小于lps，检测装置100每秒收到一个 脉冲，由于GPS地球同步卫星距离地球表面36000公里，相对于一条上千公 里的输油管线上的几十个测试节点来说基本是等距的。也就是说一条管线上 的几十个测试节点在同一时刻接收到GPS的基准时基脉冲(绝对误差小于lps。因为GPS信号是多星综合校准机制)，然后同时用这个脉冲的前沿同步检测装置ioo的时钟起点。本发明的次声波的天然气管道泄漏远程检测装置100使用Linux嵌入式 操作系统，和Linux相比，VxWorks成本较高且不开放；Windows CE版权 费较高(每一台设备的安装收取数百元)且不开放；pCOS由于是个裸核， 移植系统的整体健壮性不好，移植工作量巨大，整体性能不好。次声波的天 然气管道泄漏远程检测装置100实现了独立设备和设备的小型化，同时具有 更强壮的软件系统，更多的软件功能，更经济的设备成本，更快的开发速度， 更少的bug。图2为本发明次声波的天然气管道泄漏远程检测装置另一实施例的的示 意图，如图2所示，天然气管道泄漏远程检测装置200还包括一双扭环单元 111，双扭环单元111耦接于次声波传感单元101和数据处理单元103，用于 控制所述的次声波传感单元101交替釆集传感数据，保证采集信号无缝隙， 可以使采集频率可高达32 KHz,较国际上通用的1 KHz采集系统有了较大 的提高，使小泄漏诊断成为可能。图2中的其余部分与图1中的部分类似， 故在此不再赘述。图3为本发明次声波的天然气管道泄漏远程检测装置另一实施例的示意 图，如图3所示，天然气管道泄漏远程检测装置300还包括一数据缓存单元 113,数据缓存单元113耦接于所述的次声波传感单元101、时序釆集单元105 和数据处理单元103，接收次声波传感单元101发送的传感数据并进行缓存。 数据缓存单元113还根据时序采集单元105提供同步时基信号为缓存中的每 一帧数据添加同步时基信号。图3中的其余部分与图1中的部分类似，故在 此不再赘述。图4为本发明次声波的天然气管道泄漏远程检测装置另一实施例的模块 图，如图4所示，天然气管道泄漏远程检测装置400包括次声波传感单元 101、数据处理单元103、时序采集单元105、通信接口单元107、显示单元109以及数据储存单元115，在本实施例中，数据存储单元115耦接于所述的 数据处理单元103，用于存储数据处理单元103发送的传感数据和处理结果 数据。图4中的其余部分与图1中的部分类似，故在此不再赘述。图5为本发明次声波的天然气管道泄漏远程检测装置另一实施例的模块 图，如图5所示，天然气管道泄漏远程检测装置500还包括一交互控制单元 117，耦接于数据处理单元103，用于设置采集命令。由于检测装置500本身 具有操作系统和处理器，因此每台检测装置均可通过交互控制单元117独立 控制，如可独立进行泄漏检测、可视化显示、声光报警。图5中的其余部分 与图1中的部分类似，故在此不再赘述。图6为本发明次声波的天然气管道泄漏远程检测装置另一实施例的模块 图，如图6所示，不同于图1所示的天然气管道泄漏远程检测装置100，天 然气管道泄漏远程检测装置600中包括多个传感单元，其中包括次声波传感 单元IOI、压力传感单元603、流量传感单元605、阀状态传感单元607、泵 状态传感单元609、 PID (自动调节阀)状态传感单元611，每个传感单元安 装于待检测的天然气管道上，对管道内的泄漏次声波信号、管道压力数据、 管道流量数据、阀状态数据、泵状态数据进行检测，生成传感数据；数据处 理单元103与每一个传感单元耦接，接收传感数据，进行数据分析与泄漏识 别处理，最后生成处理结果数据。天然气管道泄漏远程检测装置600中的其 余部分与图1所示的检测装置100相同，故在此不再赘述。图7为本发明次声波的天然气管道泄漏远程检测装置另一实施例的通信 接口单元107的示意图，如图7所示，通信接口单元107包括网络接口模块 701、 RS232接口模块703和USB接口 705模块，其中网络接口模块701用 于连接网络；RS232接口模块703用于和现场计算机交互；USB接口 705模 块用于现场数据提取。图8为本发明次声波的天然气管道泄漏远程检测系统800的一实施例的 网络拓扑图，如图8所示，天然气管道泄漏远程检测系统800包括多个天然气管道泄漏远程检测检测装置100，所述的检测装置100接收采集命令， 分解采集命令并设置采集参数，发送传感数据和处理结果数据；主控台801， 耦接所有的检测装置100，发送采集命令，接收所述的检测装置100发送的 传感数据和处理结果数据。图9为本发明次声波的天然气管道泄漏远程检测装置的前面板示意图， 如图9所示，天然气管道泄漏远程检测装置900包括一触控式液晶显示屏 901,用于接收甩户输入命令及显示各种信息，包括显示传感数据、数据处理 结果等；检测装置900右下角具有三个快捷按钮903、 905和卯7，可以根据 需要被赋予不同的快捷功能，在本实施例中，按钮903用于光标的上移，按 钮905用于光标的下移，按钮907用于实现泄漏报警点的确认和取消等操作。图10为本发明次声波的天然气管道泄漏远程检测装置的后面板接口示 意图，如图IO所示，天然气管道泄漏远程检测装置卯O包括传感单元接口 909，用于连接传感单元；网络接口911，用于将检测装置900与网络相连； RS232接口 913，用于将检测装置900与便携式计算机相连接;USB接口 915， 用于从检测装置900中提取数据；GPS接口 917，用于将检测装置900与GPS 接收器相连；以及保险装置919、开关921和电源接口 923。图11为本发明次声波的天然气管道泄漏远程检测方法的一实施例的流 程图，如图1和11所示，天然气管道泄漏远程检测方法包括如下步骤步骤IIOI，主控台801连接所有检测装置100，并发送采集命令；步骤1102，检测装置100接收主控台801发出的采集命令，分解采集命 令并设置采集参数；步骤1103，时序采集单元105接收同步时基信号，并根据同步时基信号 同步检测装置100的时钟；步骤1104，次声波传感单元101接收到次声波信号，输出传感数据；步骤1105，数据处理单元103接收传感数据，进行数据分析与泄漏识别 处理，生成处理结果数据并将传感数据和处理结果数据发送至主控台801。图12为本发明次声波的天然气管道泄漏远程检测方法的另一实施例的流程图，如图5和12所示，天然气管道泄漏远程检测方法包括如下步骤 步骤1201，通过交互控制单元117设置釆集命令；步骤1202，检测装置100接收采集命令，分解采集命令并设置釆集参数;步骤1203，时序采集单元105接收同步时基信号，并根据同步时基信号 同步检测装置500的时钟；步骤1204，次声波传感单元101接收到次声波信号，输出传感数据；步骤1205，数据处理单元103接收传感数据，进行数据分析与泄漏识别 处理，生成处理结果数据并将传感数据和处理结果数据发送至显示单元109 显示。与现有技术相比，本发明的有益效果是可远程在线检测天然气管道的 泄漏，基于ARM926—Linux嵌入式操作系统，在GPS数据同步采集环内， 进行16通道24bit精密锁相，实现了检测数据的零相移、零滞后，使对天然 气管道泄漏点的定位精度达到最佳以及多传感信息融合最佳。体积小、重量 轻，便于安装与二次开发。具有控制和处理功能，不必通过计算机来控制检 测装置。以上所述的具体实施方式
，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式
而 已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做 的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1. 一种基于次声波的天然气管道泄漏远程检测装置，其特征在于，所述的装置包括次声波传感单元，安装于待检测的天然气管道上，对管道内的泄漏次声波信号进行检测，生成传感数据；数据处理单元，耦接于所述的次声波传感单元，接收传感数据，进行数据分析与泄漏识别处理，生成处理结果数据；时序采集单元，耦接于所述的数据处理单元，接收同步时基信号，并根据所述的同步时基信号同步时钟；通信接口单元，耦接于所述的数据处理单元，用于输出所述的传感数据和处理结果数据；显示单元，耦接于所述的数据处理单元，用于显示所述的传感数据和处理结果数据。
2. 如权利要求1所述的基于次声波的天然气管道泄漏远程检测装置，其 特征在于，所述的装置还包括双扭环单元，耦接于所述的次声波传感单元，用于控制所述的次声波传 感单元交替采集传感数据。
3. 如权利要求1所述的基于次声波的天然气管道泄漏远程检测装置，其 特征在于，所述的装置还包括数据缓存单元，耦接于所述的次声波传感单元和时序采集单元，对传感 数据进行缓存。
4. 如权利要求1所述的基于次声波的天然气管道泄漏远程检测装置，其 特征在于，所述的装置还包括数据存储单元，耦接于所述的数据处理单元，用于存储所述的传感数据 和处理结果数据。
5. 如权利要求1所述的基于次声波的天然气管道泄漏远程检测装置，其特征在于，所述的装置还包括交互控制单元，耦接于所述的数据处理单元，用于设置采集命令。
6. —种基于次声波的天然气管道泄漏远程检测系统，其特征在于，所述 的系统包括多个如权利要求1所述的检测装置，所述的检测装置接收釆集命令，分 解采集命令并设置采集参数，发送传感数据和处理结果数据；主控台，耦接所述的检测装置，发送釆集命令，接收所述的检测装置发 送的传感数据和处理结果数据。
7. 如权利要求6所述的基于次声波的天然气管道泄漏远程检测系统，其 特征在于，所述的检测装置还包括双扭环单元，耦接于所述的次声波传感单元，用于控制所述的次声波传 感单元交替采集传感数据。
8. 如权利要求6所述的基于次声波的天然气管道泄漏远程检测系统，其 特征在于，所述的检测装置还包括数据缓存单元，耦接于所述的次声波传感单元和时序采集单元，对传感 数据进行缓存。
9. 如权利要求6所述的基于次声波的天然气管道泄漏远程检测系统，其 特征在于，所述的检测装置还包括数据存储单元，耦接于所述的数据处理单元，用于存储所述的传感数据 和处理结果数据。
10. 如权利要求6所述的基于次声波的天然气管道泄漏远程检测系统，其 特征在于，所述的检测装置还包括交互控制单元，耦接于所述的数据处理单元，用于设置采集命令。
11. 一种基于次声波的天然气管道泄漏远程检测方法，其特征在于，所 述的天然气管道泄漏远程检测方法包括发送采集命令的步骤；接收采集命令，分解采集命令并设置采集参数的步骤； 接收同步时基信号，并根据同步时基信号同步时钟的步骤； 接收到次声波信号，输出传感数据的步骤；接收传感数据，进行数据分析与泄漏识别处理，生成处理结果数据并将 传感数据和处理结果数据发送的步骤。
全文摘要
本发明提供一种基于次声波的天然气管道泄漏远程检测装置、方法及系统，检测装置包括次声波传感单元，安装于待检测的天然气管道上，对管道内的泄漏次声波信号进行检测，生成传感数据；数据处理单元，耦接于所述的次声波传感单元，接收传感数据，进行数据分析与泄漏识别处理，生成处理结果数据；时序采集单元，耦接于所述的数据处理单元，接收同步时基信号，并根据所述的同步时基信号同步时钟；通信接口单元，耦接于所述的数据处理单元，用于输出所述的传感数据和处理结果数据；显示单元，耦接于所述的数据处理单元，用于显示所述的传感数据和处理结果数据。
文档编号F17D5/00GK101270853SQ20081011160
公开日2008年9月24日 申请日期2008年5月15日 优先权日2008年5月15日
发明者张来斌, 伟 梁, 王朝晖 申请人:中国石油大学(北京)