专利名称：煤矿用瓦斯抽放管道超声波检漏仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种气体泄漏检测仪器，特别涉及一种煤矿用瓦斯抽放管道超声波检漏仪。
背景技术：
近年来，随着矿井生产机械化水平和生产集约化程度的提高，更多矿区进入深部开采，瓦斯涌出量急剧增加。将煤层中的瓦斯抽出并加以利用，既可防止和减少煤矿重大瓦斯事故的发生，保证矿井安全生产，又可保护矿区环境，获得较好的经济效益和社会效益。 煤矿瓦斯的治理、开采和利用都离不开瓦斯输送。管道泄漏是井下瓦斯安全输送的重要安全隐患。煤矿区抽采煤层气的浓度由其抽采方法工艺及抽采系统的集输管线的密封状态决定的，在具体的抽采条件确定了其抽采方法及工艺后，抽采系统的集输管线的密封状态决定了其抽采浓度的高低。输送管路本身的漏气，关系到煤层气在输送过程中的安全、高效和稳定，从而对下游其他相关环节，诸如煤层气电厂是否能正常运行，民用燃气是否能正常供应等造成直接影响。更为严重的是管道瓦斯浓度如果处在爆炸范围，一旦出现事故，对矿井带来的后果是灾难性的。目前，管道检漏的研究主要集中在正压流体输送管道，而瓦斯输送管道处于负压状态，针对其这一特点必须选用相应的泄漏检测方法。传统的泄漏检测方法如绝对压力法、 压差法、气泡法等主要适用于正压输送管道检漏，操作复杂并且对技术人员要求较高，而且不具有实时性，因此不适用于煤矿井下的环境。工业上广泛利用泄漏产生超声波的原理来进行泄漏检测，而且对于正压、负压状态的管道检漏都有效。在国外，由于煤层地质条件及煤层透气性相对较好，矿井瓦斯抽采主要采取地面井抽采，极少国家采取井下瓦斯抽采，井下瓦斯抽采技术发展缓慢。在我国，井下输运管网技术主要还是采用钢管、抽采管道参数监测，环境传感器监测等技术。煤矿井下使用的煤层气输送管路(即瓦斯抽放管路)多数仍为金属钢管，而钢管存在着易腐蚀、安装效率低、服务年限短和易产生摩擦火花等问题。虽然近几年非金属管道在煤矿逐步开始推广应用，但其进展的速度较慢，使用的效果还不太理想，主要原因是目前的非金属管路系统的安全性、 可靠性还不够好，存在着耐长期负压性能不好(易吸瘪)、抗冲击韧性不高(易发生脆性破坏)等缺点。所以在井下输运管网安全保障技术方面仍很欠缺。随着近几年国家对煤层气开发及瓦斯灾害的重视，煤层气作为一种洁净能源来开发逐渐引起了大家的认同。从而推动了相关产业的发展和成熟，但井下输送管网泄漏技术方面目前还是空白，但在地面石油天然气管道输运方面，检漏技术已有一定发展。因此急需一种成本低、使用方便、速度快、便于现场检测的适用于煤矿井下爆炸性气体环境下的瓦斯输送管道的泄漏检测装置
实用新型内容
[0007]有鉴于此，为了解决上述问题，本实用新型提出一种成本低、使用方便、速度快、便于现场检测的适用于煤矿井下爆炸性气体环境下的瓦斯输送管道的泄漏检测装置。利用超声波检测气体泄漏位置，不仅方法简单，而且准确可靠。本实用新型提供的煤矿用瓦斯抽放管道超声波检漏仪，包括超声波探头、信号放大电路、音频处理电路，所述超声波探头用于获取管道泄漏产生的泄漏超声波信号，所述泄漏超声波信号经过信号放大电路后输入到音频处理电路，所述音频处理电路将泄漏产生的超声波高频信号转化为人耳可听的低频信号。进一步，所述信号放大电路包括前置放大电路、带通滤波电路和二次放大电路，所述前置放大电路将获取的泄漏超声波信号进行电压放大，所述带通滤波电路用于滤掉泄漏超声波信号中的背景噪声和电路中器件或电路产生的噪声，所述带通滤波电路的输入端与前置放大电路的输出端连接，所述二次放大电路的输入端与带通滤波电路的输出端连接。进一步，所述音频处理电路音频处理电路包括本振电路、混频器、功率驱动电路， 所述本振电路产生的振荡信号输入到混频器中，所述混频器的另一输入端接收信号放大电路的输出信号，所述混频器的输出端与功率驱动电路的输入端连接。 进一步，还包括频率显示电路，所述频率显示电路的输入端与信号放大电路的输出端连接，所述频率显示电路用于实时显示超声波信号的频率值。进一步，还包括单片机控制器，所述单片机控制器的输入端与信号放大电路的输出端连接，所述单片机控制器的输出端与液晶显示电路的输入端连接，用于控制频率显示电路的频率显示。进一步，所述单片机控制器包括信号采集模块、信号放大模块、滤波模块、液晶显示模块，所述信号采集模块，用于采集超声波探头获取的管道泄漏产生的泄漏超声波信号； 信号放大模块，用于将泄漏超声波信号进行放大处理；滤波模块，用于滤掉泄漏超声波信号中的背景噪声和电路中器件或电路产生的噪声；液晶显示模块，用于实时显示超声信号的频率值。进一步，还设置有用于给检漏仪提供电源的充电电源接口，所述充电电源接口与检漏仪的充电电池连接，用于对检漏仪的充电电池充电。进一步，还设置有用于检测充电电源电量的电源指示灯。进一步，所述单片机的型号为AT89C51。本实用新型的优点在于本实用新型采用超声波探头来获取管道泄漏产生的泄漏超声波信号，将泄漏超声波高频信号转化为人耳可听的低频信号或将超声波信号的频率值通过频率显示电路实时显示，本实用新型提供的泄漏检测装置成本低、使用方便、速度快、 准确可靠、便于现场检测，适用于煤矿井下爆炸性气体环境下的瓦斯输送管道的气体泄漏检测。本实用新型的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其它优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0019]为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中图1为本底噪声与泄漏声声压图；图2为超声波检漏仪系统原理图；图3为液晶模块与AT89C51的硬件接口框图；图4为超声波检漏仪控制系统流程图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。图1为本底噪声与泄漏声声压图，如图所示，声波检测的原理是当管道内液体泄漏时，由于管道内外的压力差使得管内的液体在通过泄漏点到达管外时由于挤压而形成涡流，这个涡流产生振荡变化的压力波或声波。泄漏产生的声波有很宽的频谱，通常分布在 6-SOKHz之间，声波法检测就是将泄漏产生的噪声作为信号源，由传感器拾取后，通过相关的软硬件方法分析以确定泄漏。小孔气体泄漏所发出的超声波强度是极其微弱的，而且在工业场合，环境噪声是相当大的。所以要检测出在恶劣环境下的气体泄漏所发出的超声，必须对系统信号放大部分进行精心的设计。在本系统中只检测40kHz点的泄漏超声波的强度，原因是在40kHz点的泄漏超声波能量比较大，而且泄漏声和本底噪声能量差值也最大，如图1所示，这样选择可以增加系统灵敏度。图2为超声波检漏仪系统原理图，如图所示本实用新型提供的煤矿用瓦斯抽放管道超声波检漏仪，包括超声波探头201、信号放大电路、音频处理电路，所述超声波探头 201用于获取管道泄漏产生的泄漏超声波信号，所述泄漏超声波信号经过信号放大电路后输入到音频处理电路，所述音频处理电路将泄漏超声波高频信号转化为人耳可听的低频信号。作为上述实施例的进一步改进，所述信号放大电路包括前置放大电路202、带通滤波电路203和二次放大电路204，所述前置放大电路202将获取的泄漏超声波信号进行电压放大，前置放大电路202选用LM837低噪音四运算放大器，它的主要功能是将信号源提供的微弱音频信号进行电压放大，并输出一定电平的音频信号至功率放大器电路，所述带通滤波电路203用于滤掉泄漏超声波信号中的背景噪声和电路中器件或电路产生的噪声，所述带通滤波电路203的输入端与前置放大电路的输出端连接，所述带通滤波电路203为有源带通滤波电路，选用的是LF444CN。它是一个超精密的低噪声四运算放大器，具有极低的电压和电流偏移以及很高的增益稳定性。在这一级可以滤掉前面滤波器没有滤掉的大部分背景噪声和由器件或电路产生的噪声。这里选择的通带为38kHz-42kHz。所述二次放大电路204的输入端与带通滤波电路203的输出端连接。所述二次放大电路204为同相放大电路，选用的芯片是HA17324，它是一个高性能四运算单电源放大器。作为上述实施例的进一步改进，所述音频处理电路音频处理电路包括本振电路、 混频器、功率驱动电路，所述本振电路产生的振荡信号输入到混频器中，所述混频器的另一输入端接收信号放大电路的输出信号，所述混频器的输出端与功率驱动电路205的输入端连接，所述功率驱动电路驱动耳机或蜂鸣器发206出人耳能听见的报警声音。设计音频处理电路的目的是能够比较方便地判断哪里有泄漏的产生。由于人耳的听觉范围大约在IkHz 到20kHz之间，因此检测到的超声信号必须通过降频才能为人耳所听到。降频的原理是利用差分信号的乘法特性，然后在输出信号端接上低通滤波器，则可得差频信号。选用本振电路的频率为37kHz，那么得到的差频信号为3kHz，可为人耳听到。作为上述实施例的进一步改进，还包括频率显示电路207，所述频率显示电路207 的输入端与信号放大电路的输出端连接，所述频率显示电路207用于实时显示超声波信号的频率值。作为上述实施例的进一步改进，还包括单片机控制器208，所述单片机控制器208 的输入端与信号放大电路的输出端连接，所述单片机控制器208的输出端与液晶显示电路的输入端连接，用于控制频率显示电路的频率显示。图3为液晶模块与AT89C51的硬件接口框图；如图所示，信号放大电路的输出端接入频率显示电路，由常用单片机AT89C51对液晶显示模块1602进行控制，将超声信号的频率值在液晶屏上实时显示出来。作为上述实施例的进一步改进，所述单片机控制器包括信号采集模块、信号放大模块、滤波模块、液晶显示模块，所述信号采集模块，用于采集超声波探头获取的管道泄漏产生的泄漏超声波信号；信号放大模块，用于将泄漏超声波信号进行放大处理；滤波模块， 用于滤掉泄漏超声波信号中的背景噪声和电路中器件产生的噪声；液晶显示模块，用于实时显示超声信号的频率值。图4为单片机控制器的流程图；如图所示，程序开始时，首先初始化单片机和液晶显示模块，然后启动信号采集模块控制超声波探头进行信号采集，将采集到的信号通过信号放大模块进行放大，并通过滤波模块滤掉泄漏超声波信号中的背景噪声和电路中器件或电路产生的噪声，最后通过液晶显示模块将超声信号的频率值实时显示在液晶显示器上。作为上述实施例的进一步改进，设置有用于给检漏仪提供电源的充电电源接口， 所述充电电源接口与检漏仪的充电电池连接，用于对检漏仪的充电电池充电。作为上述实施例的进一步改进，还设置有用于检测充电电源电量的电源指示灯。作为上述实施例的进一步改进，所述单片机的型号为AT89C51。以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求1.煤矿用瓦斯抽放管道超声波检漏仪，其特征在于包括超声波探头、信号放大电路、 音频处理电路，所述超声波探头用于获取管道泄漏产生的泄漏超声波信号，所述泄漏超声波信号经过信号放大电路后输入到音频处理电路，所述音频处理电路将泄漏超声波信号转化为人耳可听的低频信号。
2.根据权利要求1所述的煤矿用瓦斯抽放管道超声波检漏仪，其特征在于所述信号放大电路包括前置放大电路、带通滤波电路和二次放大电路，所述前置放大电路将获取的泄漏超声波信号进行电压放大，所述带通滤波电路用于滤掉泄漏超声波信号中的背景噪声和电路中器件或电路产生的噪声，所述带通滤波电路的输入端与前置放大电路的输出端连接，所述二次放大电路的输入端与带通滤波电路的输出端连接。
3.根据权利要求1或2所述的煤矿用瓦斯抽放管道超声波检漏仪，其特征在于所述音频处理电路音频处理电路包括本振电路、混频器、功率驱动电路，所述本振电路产生的振荡信号输入到混频器中，所述混频器的另一输入端接收信号放大电路的输出信号，所述混频器的输出端与功率驱动电路的输入端连接。
4.根据权利要求3所述的煤矿用瓦斯抽放管道超声波检漏仪，其特征在于还包括频率显示电路，所述频率显示电路的输入端与信号放大电路的输出端连接，所述频率显示电路用于实时显示超声波信号的频率值。
5.根据权利要求4所述的煤矿用瓦斯抽放管道超声波检漏仪，其特征在于还包括单片机控制器，所述单片机控制器的输入端与信号放大电路的输出端连接，所述单片机控制器的输出端与液晶显示电路的输入端连接，用于控制频率显示电路的频率显示。
6.根据权利要求5所述的煤矿用瓦斯抽放管道超声波检漏仪，其特征在于所述单片机控制器包括信号采集模块、信号放大模块、滤波模块、液晶显示模块，所述信号采集模块， 用于采集超声波探头获取的管道泄漏产生的泄漏超声波信号；信号放大模块，用于将泄漏超声波信号进行放大处理；滤波模块，用于滤掉泄漏超声波信号中的背景噪声和电路中器件或电路产生的噪声；液晶显示模块，用于实时显示超声信号的频率值。
7.根据权利要求6所述的煤矿用瓦斯抽放管道超声波检漏仪，其特征在于还设置有用于给检漏仪提供电源的充电电源接口，所述充电电源接口与检漏仪的充电电池连接，用于对检漏仪的充电电池充电。
8.根据权利要求7所述的煤矿用瓦斯抽放管道超声波检漏仪，其特征在于还设置有用于检测充电电源电量的电源指示灯。
9.根据权利要求8所述的煤矿用瓦斯抽放管道超声波检漏仪，其特征在于所述单片机的型号为AT89C51。
专利摘要本实用新型公开了一种煤矿用瓦斯抽放管道超声波检漏仪，涉及一种气体泄漏检测仪器，包括超声波探头、信号放大电路、音频处理电路、频率显示电路、单片机控制器，超声波探头用于获取管道泄漏产生的泄漏超声波信号，泄漏超声波信号经过信号放大电路后输入到音频处理电路，音频处理电路将泄漏超声波高频信号转化为人耳可听的低频信号，频率显示电路实时显示超声波信号的频率值，本实用新型采用超声波探头来获取管道泄漏产生的泄漏超声波信号，将泄漏超声波高频信号转化为低频信号或将超声波信号的频率值通过频率显示电路实时显示，该检漏仪成本低、使用方便、速度快、准确可靠、便于现场检测，适用于煤矿井下爆炸性气体环境下的瓦斯输送管道的气体泄漏检测。
文档编号F17D5/06GK202024097SQ201120131338
公开日2011年11月2日 申请日期2011年4月28日 优先权日2011年4月28日
发明者任文贤, 刘胜, 刘虎, 吴益晓, 周燕, 唐勇, 岳建平, 常宇, 李柏均, 杨娟, 林雪峰, 王艺树, 邱飞, 邸志强 申请人:煤炭科学研究总院重庆研究院