一种基于无线传感的油库燃油泄漏监测装置、系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于油气安全工程领域，涉及一种基于无线传感的油库燃油泄漏监测装 置、系统及方法，主要面向油库燃油（如机场油库航空燃油等易挥发油品）泄漏事件在线监 测与预警等的安全监控需求。
【背景技术】
[0002] 油品特别是燃油具有易挥发性和易燃性，当挥发的油气与空气混合达到一定程度 时，即使遇到极小的火源也可能引发大火，甚至发生爆炸事故。因此，对于存储油品的场合 都必须进行安全监测，以尽早发现可能出现的油品泄漏事件，并及时采取应对措施。对于存 储易挥发燃油的大型油库而言，实时、可靠地在线监测可引发灾难的燃油泄漏更是至关重 要。
[0003] 现有技术中，关于油气泄露监控的方案较多，典型的如下：
[0004] 1.公开号为CN101858488A的中国专利公开了一种油气管道泄漏监测方法及监 测系统；【CN201010205435】，利用光的干涉来检测油气泄露，重点在于对泄漏点进行定位。
[0005] 2.公开号为CN102606889A的中国专利公开了 一种燃气阀井泄漏监测装置 【CN201210048853. 3】，主要包括I/O端口、16位RISC核、RAM/R0M、A/D转换、温度监测信号 调理、水位侦测探头、设备异动监测、红外光谱成分分析仪、安装区域水位、气体采样。优点： 将无线GPRS传输技术、低功耗控制技术、防盗报警技术与燃气泄漏探测技术结合，把预防 管道燃气泄漏的人工巡检方式转变为昼夜实时监测的现代化自动模式，从而达到完善和提 升整个城市燃气管网泄漏的预、报警能力，减少燃气泄漏事故造成的危害。该终端具有较多 的优势，但是，不具备组网能力，且功耗较大。
[0006] 3.中国专利CN102944364A提供一种基于网络传输的碳氢可燃气体泄漏监测装置 及方法【CN201210486747. 3】，主要采用光学的方法检测是否存在泄漏。该装置采用双波长 红外监测原理，辅以结构设计，自带温度补偿、具有网络输出功能，具有监测精度高、稳定可 靠等优点，满足基于网络传输的碳氢可燃气体泄漏监测的需要，不失为一种较为理想的方 法。
[0007] 对于油库储存油品泄漏的检测，现有的手段主要还是借助便携式设备进行人工巡 查，但这种属于传统方式的检测手段不仅效率低、可靠性差，而且人工成本高，对处于露天 环境的大型油库，则因为难以实现全天候和实时检测而使人工巡查方式的可靠性更低。考 虑到油库安全生产的特殊性以及降低成本等要求，采用在线自动检测方式代替人工巡查是 一种必然趋势。然而目前的在线自动监测系统是以有线连接为主，这对于面向油库安全的 在线监测应用，将会产生不少问题，例如符合安全规范要求的布线与维护以及安全检查方 面存在的困难，电线表皮老化和破损使芯线裸露所带来的风险以及防爆处理等问题。
[0008] 总而言之，未发现基于网络节点的燃油泄漏监控的技术方案。
[0009]因此，有必要设计一种新型的油库燃油泄漏监测装置、系统及方法。
【发明内容】
[0010] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于无线传感的油库燃油泄漏监测装置、 系统及方法，该基于无线传感的油库燃油泄漏监测装置、系统及方法易于实施，布置方便， 具有无线监控功能。
[0011] 发明的技术解决方案如下：
[0012] -种基于无线传感的油库燃油泄漏监测装置，包括支架（15)和固定在支架上的 主箱体；
[0013] 所述的主箱体内设有集气装置、气体检测室（8)、主控板（3)、电源模块、排气口 (7)、气栗（10)和电磁气阀（11);主箱体上还设有天线（16);
[0014] 所述的主控板、气栗和电磁气阀、气体检测室以及电源模块（不含太阳能电池部 分）【以上均为带电的部件，用于将带电部件与燃油隔离防爆，保障装置与应用环境的安全 性】均置于固定在主箱体内的长方体形、金属材质的密封箱（14)内；电源模块为主控板、电 磁气阀和气栗供电；
[0015] 集气装置通过电磁气阀与气体检测室的入口相接；气栗与气体检测室出气口连 接，气栗的出口与排气口相连，形成由集气口进入、再经由导气管、电磁阀、气体检测室、气 栗、排气口出来的气路，此气路无泄漏地穿过金属密封箱，并与密封箱内器件的电气部分 (除检测室内的传感器探头外）完全隔离；
[0016] 气体检测室设有PID和温度传感器【PID和温度传感器分别为集成的PID和集成 温度传感器】，所述的PID为光离子化传感器；
[0017] 天线、PID和温度传感器均与主控板相连；气栗和电磁气阀受控于主控板。
[0018] 主箱体的外部设有一【近似长方体形的】金属外罩（13);集气装置包括3个开口处 装有过滤网（5)的漏斗形的集气口，其中一个集气口开口朝下放置在箱体的底部，作为主 集气口，另外2个集气口分别安装在箱体内左右两侧壁上，开口朝外；三个集气口的出口分 别通过导气管接到电磁阀的入口，可通过控制电磁阀选择其中一路与气体检测室连通。
[0019] 所述的电源模块为锂电池，在终端箱体上还设有太阳能电池组件；所述的太阳能 电池组件包括托架（17)、托架转轴（18)、托架固定螺母（19)、托板（20)和太阳能电池板 (22);
[0020] 所述的托架通过托架转轴和托架固定螺母与终端箱体顶部相连，使得托架能相对 于终端箱体旋转；
[0021] 托板呈一倾斜角度设置在托架上；太阳能电池板设置在托架上，且太阳能电池板 的底部由托板支撑。
[0022] 所述电源模块包括可充电锂电池与电源管理电路以及设置在主箱体顶部的太阳 能电池组件；太阳能电池板由托架支撑，该托架通过托架转轴和托架固定螺母与主箱体顶 部固连，使托架能相对箱体旋转，从而可调整太阳能电池板的朝向；用于固定太阳能电池板 的托板上端有可转动轴销插入托架安装孔内、托板下端可绕上端轴销转动，使太阳能电池 板的倾角可按需调整。
[0023] 太阳能电池组件还包括用于调整太阳能板倾斜角度的倾角调整螺杆；太阳能电池 板的上端通过轴销（23)与托架的顶端相连；倾角调整螺杆呈水平方向设置在托架上，倾角 调整螺杆的前端穿过所述的托板作用在太阳能电池板的背面以驱动太阳能电池板绕轴销 抬升或降低。
[0024] 主控板上设有内含A/D转换器的微控制器、支持无线传感器网络通信协议的无线 射频通信模块和用于控制气栗、电磁阀、电源管理模块的电子开关；所有电子开关均受控于 微控制器，PID和温度传感器的输出端分别接入微控制器的A/D转换器和数字输入端口，所 述的温度传感器为数字温度传感器；
[0025] 太阳能电池板通过导线与位于密封箱内的超级电容相连，且导线接头处表面用绝 缘胶完全覆盖保护，太阳能电池板通过充电管理器为锂电池充电；通过电子开关选择锂电 池或超级电容为微控制器供电；天线通过电缆连接到主控板上的无线模块，无线模块与微 控制器连接并受控于微控制器；微控制器通过电子开关分别控制电磁气阀、气栗、PID和温 度传感器。
[0026] 微控制器采用MSP430系列控制器，电子开关采用ADG821或ADG823器件；主控板 上的无线通信模块选用基于CC2530的通用通信模块；PID选用ZPP6018001型VOC集成探 测器；充电管理器为集成器件CN3063 ;超级电容由两个2. 7V、310F的电容器串接而成；气 栗选用GminiP-4微型栗；电磁气阀采用双稳态脉冲电磁阀JSD128D。
[0027] -种基于无线传感的油库燃油泄漏监测系统，以前述的一个油库燃油泄漏监测装 置为一个节点，由多个节点组成无线监测网络系统；
[0028] 所述的多个节点环绕油罐布置在油罐的周边，并使得位于任一节点左、右的两个 相邻节点之间能直接无线通信，不能直接连通的节点之间能采用多跳方式通信，无线监测 网络系统与监控主机以无线方式通信连接；
[0029] 基于所述的无线监测网络和通信主机监控油库燃油泄漏。
[0030] 对于20米直径的油罐，所述的油库燃油泄漏监测节点部署量为14个；14个节点 沿油罐周向布置；其中2个布置在油罐的阀门区边界处，另外12个均匀布置在油罐的周边 的阀门区外的区域；油库燃油泄漏监测装置的外罩底部距离地面高度为50~80厘米；天 线距离油罐外壁130厘米。
[0031] 一种基于无线传感的油库燃油泄漏监测方法，采用前述的基于无线传感的油库燃 油泄漏监测系统实施燃油泄漏监测；
[0032] 监测过程为：
[0033] 置于油罐阀门区两侧的二个节点为主节点，编为1号和2号，其他节点按逆时针方 向依次递增编号，序号为奇数的节点和序号偶数的节点各为一组；由两组节点组成的无线 传感器网络监测系统的工作步骤如下：
[0034] a)当前进入工作状态的一组节点（初始启动时为奇数号的节点）先启动PID和温 度传感器，10秒后打开连接主进气口的电磁阀门，然后打开气栗，进行预检；工作节点预检 测20秒后传感器进入正常工作模式，持续工作5秒；
[0035] b)工作节点若未探测到异常情况，则向主节点报送状态正常信号并等待主节点命 令；主节点在收齐其他节点的报送信息后负责向监控主机（即监控中心）发送信号；
[0036] c)若工作节点在规定时限内未收到来自主节点的继续工作命令，则先关闭气栗， 再关闭连接主集气口的阀门，之后进入休眠模式，但其无线模块会间歇性地侦听是否有紧 急命令，节点无论是正常还是紧急唤醒，都转步骤a);
[0037] d)若有任一工作节点检测到异常，则它以无线方式唤醒与其紧邻的左、右2个节 点【任意两个节点的左右两个邻节点能直接通信，是指两者的通信范围（半径）不仅覆盖 了夹在他们之间的那个邻节点，还能彼此覆盖到，这是为了实现后面的奇数号的邻节点或 偶数号的邻节点之间能直接通信，也即可分奇数和偶数两组轮流工作。】进入工作模式，这 3个节点依次打开各自的三个集气口采样检测，对所得检测数据进行处理分析（滤波和统 计）后，依据阈值法（当前检测的浓度值是否超过正常浓度均值的0. 5倍以上）判断是否 发生泄露事件，并向主节点发送自己的编号和正常或异常信号，并等待主节点命令；
[0038] e)主节点根据自己的检测数据或其他节点报送数据判断是否发生泄露事件（当 一个节点和其邻居节点均判定事件发生时，主节点判定事件可能发生）；若主节点判定无 泄露事件，则向所有当前处于工作状态的节点发送正常工作命令，转入下一步f);若主节 点判定发生泄漏事件，则向监控中心发送燃油泄漏报警信号并命令节点继续工作，直至收 到监控中心回复的"报警信号已收到信号"；【正常工作命令是指节点按正常状态的例行时 间和顺序工作，工作期结束则转入休眠期；继续工作命令是指当前处于非正常状态，此时应 按传感器系统的检测工作时序持续检测和报告。】【工作期主要参考PID的响应特性确定， PID-般需要40s以上，休眠期则根据供电能力和监测的实时性要求确定，应大于工作期。】
[0039] f)各节点若收到继续工作的命令，则继续工作；若未收到继续工作命令，则按奇、 偶数分组，