一种基于无线多通道超声传感器网络的腐蚀在线监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及油气场站关键设备的腐蚀监测与完整性管理领域，具体涉及一种基于无线多通道超声传感器网络的腐蚀在线监测系统。
【背景技术】
[0002]近年来，随着国民经济的迅速发展，对油气资源的需求迅速增长，保障油气场站关键设备的服役安全对于保障国民经济的持续、快速发展具有极为重要的作用。然而，油气场站关键设备服役环境复杂，由于腐蚀导致的设备壁厚减薄时刻威胁着这些设备的服役安全。因此，为了保障我国油气场站关键设备的服役安全，减少重大经济损失，避免灾难性事故的发生，合理维修、减少维护成本，采取有效的技术手段及方法对油气场站关键设备的壁厚进行在线监测具有十分重要的理论意义和实际意义。
[0003]目前，对油气场站关键设备的壁厚监测主要采用定期人工测量的方式进行，存在着测量误差大、随机程度高、测量位置偏差大，导致人工测量的壁厚数据难以准确反应这些设备的壁厚减薄情况。因此，利用先进的检测技术与无线通讯技术，实现油气场站关键设备的壁厚在线监测具有重要的实用价值。
[0004]无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是一种新兴的数据采集与传输技术，它利用无线通信的方式将大量的传感器节点形成一个多跳的、自组织的监控网络，具有无线通信传输、可靠性高、自组织、维护方便、扩展性好等特点，可以有效地解决壁厚数据传输过程中面临油气场站内布线困难、施工难度大的问题。结合无线传感器网络与超声回波测厚技术对油气场站关键设备的壁厚进行实时在线监测和预警，有利于建立实时、可靠、长期监测的油气场站关键设备腐蚀壁厚在线监测系统，为油气场站关键设备的服役安全评价建立统一有效的标准提供理论依据和数据支持，也为油气场站的完整性管理奠定基础。
[0005]目前，与本实用新型相关的公开文献如下:
[0006](I)中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司刘忠友、杨本立研宄了在线监测与超声波测厚技术综合应用。利用腐蚀在线监测与超声波测厚技术相结合的方法，对炼油装置的腐蚀情况进行监测和防护，可互相取长补短，并能有效排查装置安全隐患，保证装置安全平稳运行。
[0007](2)华北工学院的张丕壮、刘树茂等研宄了多通道超声检测系统数据采集与控制技术，介绍了一种基于PCI总线的超声触发控制与数据采集电路，采用多通道超声定时发射触发，数据采集控制器实现了超声检测中超声发射、回波信号的峰值采样自动控制。该电路简化了 Windows操作系统下的超声检测系统程序结构，提高了系统的信号实时处理能力。
[0008](3)北京石油化工学院的唐建、焦向东和戴波等设计与实现多通道超声检测数据采集存储技术。多通道超声检测数据的实时采集以及大容量数据的快速存储是长输管道超声波内检测系统设计的关键技术。介绍数据采集与快速存储的设计方案，给出装置示意图，详细论述基于Visual C++的超声检测数据与定位数据同步采集、存储的实现方法.实验结果表明，该方法完全能够达到检测目的与检测要求。
[0009](4)中北大学信息与通信工程学院魏海潮、李丽芳等开展了多通道超声波测厚的理论研宄。该论文主要研宄工作包括:超声波的传播特性、超声波传感器测厚原理、多通道测厚模型的建立、超声波多通道测量探头的分布及其触发方式、数据的微机化处理方法。研宄表明该测试方法的厚度测量范围跟所测材料有关，当样本厚度范围在O?1m时，厚度检测绝对误差在±0.1mm内，相对误差〈0.1%。
[0010]综上所述，目前围绕油气场站关键设备的壁厚腐蚀减薄在线监测和预警等问题的研宄，在国内外仅有少量的专利和科技论文，但是这些研宄成果只解决了部分问题，还存在很多领域尚未探索。具体体现在:(I)现有的油气场站关键设备的腐蚀在线监测主要采用电化学方法，需要对设备进行不同程度的破坏，是设备服役安全的潜在风险；(2)多通道超声技术的研宄成果涵盖内容较少，仅仅只是解决了前端数据采集的问题，而且研宄内容只涉及数据采集的几个模块和功能，更没有对整个油气场站关键设备壁厚监测的整体解决方案；(3)目前尚无将无线传感器网络与多通道超声回波测厚技术相结合应用于油气场站关键设备的壁厚腐蚀减薄的在线监测。
【实用新型内容】
[0011]本实用新型的目的是提供一种基于无线多通道超声传感器网络的腐蚀在线监测系统，避免电源线和数据线的铺设，自动完成设备壁厚的测量，通过无线方式发送到远程的腐蚀在线监测器，实现设备壁厚的实时在线监测，以及壁厚减薄预警。
[0012]本实用新型的技术方案是提供一种基于无线多通道超声传感器网络的腐蚀在线监测系统，包括无线多通道超声传感器节点、对数据进行中继传输的中继节点、汇聚壁厚数据的网络汇聚节点以及腐蚀在线监测器，所述无线多通道超声传感器节点设置在油气场站内，所述多个无线多通道超声传感器节点构成一个簇，一个簇无线电连接一个中继节点，所述中继节点的信号输出端与网络汇聚节点的信号输入端无线电连接，所述汇聚节点的信号输出端与腐蚀在线监测器的信号输入端无线电连接。
[0013]所述无线多通道超声传感器节点、中继节点和汇聚节点上设有报警模块。
[0014]所述无线电连接方式为以太网或者GPRS/3G网络连接。
[0015]所述无线多通道超声传感器节点包括多通道超声壁厚数据采集板、MCU、冬眠模块和无线模块，该多通道超声壁厚数据采集板和冬眠模块的信号输出端均与MCU的信号输入端电连接，MCU的信号输出端与无线模块的信号输入端电连接。
[0016]所述多通道超声壁厚数据采集板包括依次串联的高电压发射电路、超声测厚传感器、模拟开关、模拟信号放大模块、比较模块、CPLD和处理器；高电压发射电路与超声测厚传感器均有多个，且高电压发射电路与超声测厚传感器之间一对一串联，多路高电压发射电路之间并联，多个超声测厚传感器之间并联，处理器通过UART接口与MCU电连接。
[0017]所述MCU分别连接有电源监控及复位电路和调试及下载电路，调试及下载电路上还串接有光耦隔离及保护电路、外部调试信号传输电路和外部调试电路电源管理模块。
[0018]所述冬眠模块连接主电池、RTC时钟、主电池电量监测模块、温度测量模块和后备电池。
[0019]所述无线模块与MCU之间连接无线模块电源管理电路。
[0020]所述腐蚀在线监测器包括存储模块、配置计算中心模块、Web发布模块和客户端；配置计算中心模块分别与存储模块、Web发布模块和客户端连接，Web发布模块和客户端连接分别与存储模块连接；配置计算中心模块包括采集引擎一、计算引擎、存储引擎、传输引擎一、用户管理组件、订阅发布引擎一和调度组件一 ；Web发布模块包括传输引擎二、数据存储组件、调度组件二和订阅发布引擎二 ；客户端包括传输引擎三、数据缓存组件、调度组件三、组态展示界面和曲线显示控件。
[0021]本实用新型的有益效果:本实用新型提供的这种基于无线多通道超声传感器网络的腐蚀在线监测系统结合了无线传感器网络和多通道超声回波测厚技术的优势，构建了一套应用于油气场站关键设备的部署灵活、扩展性强、安装维护方便、配置简单的腐蚀在线监测系统，实现了壁厚的自动测量、壁厚减薄趋势的预测等功能，克服了现有壁厚监测存在的测量误差大、随机性强、准确度偏低的问题。
[0022]以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
【附图说