一种基于喷注噪声的海底管道泄漏检测系统的制作方法

本发明涉及一种基于喷注噪声的海底管道泄漏检测系统，属于无损检测技术领域。该方法能实现海底管道泄漏数据的分析与处理，防止海底管道生产事故的发生。

背景技术：

海底管道的安全生产较陆地管道而言面临更加严苛的挑战，在传统的管道缺陷之外，因为各种复杂原因，管道还会产生漂移、下沉、反折等各种变形导致应力聚集，造成管道强度的隐性破坏。

海底长输管道内检测装置，可以搭载几何变径、应力、喷注、和管道定位检测装置。利用喷注无损检测原理，由管道输送介质为动力，在管道内行走完成对长输管道管体无损检测，实现长输管道管体缺陷、管壁变化、材质变化、管道特征（管箍、补疤、弯头、焊缝、三通等）识别的在线检测。为管道运行、维护、安全、评价提供科学依据。

当管道发生泄漏时，由于管道内外的压差，管道内流体从泄漏处向外形成高速射流，形成喷注噪声，理论上泄漏产生的喷注噪声主要声源为由喷流携带的漩涡产生。泄漏噪声主要是管道内外压力差造成的高速喷流引起的湍流扰动引起的，声源位置集中在管道内泄漏口附近，位于管道内，与外部环境无关，因此，只要发生泄漏，不管是单层管还是双层管，管道外介质是液体还是气体，均会产生泄漏噪声；本系统基于采集喷注噪声的处理分析进行管道的泄漏检测。

技术实现要素：

根据现有技术的不足，本发明基于采集喷注噪声信号的处理分析进行管道的泄漏检测，可以实现海底管道泄漏数据的分析与处理，防止海底管道生产事故的发生。

为实现上述目的，本发明按以下技术方案实现：

一种基于喷注噪声的海底管道泄漏检测系统，包括单片机控制系统、传感器系统、信号处理系统、里程定位系统、报警系统、显示系统；所述传感器系统的信号输出端口与信号处理系统的信号输入端口相连，用于将检测的喷注噪声信号传递给信号处理系统；所述信号处理系统的信号输出端口与单片机控制系统的信号输入端口相连，用于将信号处理系统传递的信号进行处理；所述里程定位系统的信号输出端口与单片机控制系统的信号输入端口相连，用以实现对泄漏产生的喷注噪声发源地进行定位；所述单片机控制系统的报警信号输出端口与报警系统的输入端口相连，当传感器系统检测到喷注噪声信号后，报警系统发出警报；所述单片机控制系统的显示端口与显示系统的输入端口相连，用于显示喷注噪声发源地位置。

进一步，所述传感器系统包括水听器、电荷-电压转换电路、放大电路和带通滤波电路；所述水听器与电荷-电压转换电路相连，用于将水听器产生的电荷信号放大后转换成电压信号，所述电荷-电压转换电路与放大电路相连，用于将转化的电压信号再次进行放大，所述放大电路与带通滤波电路相连。

进一步，所述信号处理系统采用fpga芯片为中心控制器，完成前端多通道a/d数据采集，spi总线传输，cpu读取后实时压缩，压缩后通过ide接口存储到ata硬盘

进一步，所述里程定位系统包括惯性敏感元件和里程仪，其中，所述惯性敏感元件包括陀螺仪与加速度计；里程定位系统安装在海底管道泄漏检测系统中，以一定的频率采集三路陀螺仪、三路加速度计以及三路里程计数据并保存在存储设备中、用于事后离线解算，结合管道故障检测信号，对管道故障点进行精确定位。

进一步，所述单片机控制系统采用80c51芯片。

进一步，所述显示系统包括8255芯片、八路反向驱动器、两路反向驱动器和两个led显示器；80c51芯片的p0口与8255芯片的数据口相连，进行数据的传输，将p0口与p2口经过一个译码电路连接在8255芯片的cs片选引脚上，进行芯片的选择，将‘读’‘写’引脚对应相连；8255芯片的pb口经过八路反向驱动器分别与两个led显示器的段控口相连，8255芯片的pc0口经过两路反向驱动器与‘个位’led显示器的位控口相连，8255芯片的pc1口经过两路反向驱动器与‘十位’led显示器的位控口相连。

进一步，所述报警系统包括蜂鸣器，蜂鸣器的正极端分别与电阻r1一端、电阻r2一端、电源vcc相连，电阻r1另一端通过绿色led与80c51芯片的3脚相连，电阻r2另一端通过红色led与80c51芯片的4脚相连；蜂鸣器的负极端与npn三极管q1的集电极相连，npn三极管q1的发射极接地，npn三极管q1的基极通过电阻r3与80c51芯片的5脚相连。

本发明有益效果：

本发明基于采集喷注噪声信号的处理分析进行管道的泄漏检测，可以实现海底管道泄漏数据的分析与处理，防止海底管道生产事故的发生。

附图说明

图1为本发明的海底管道泄漏检测系统控制图；

图2为本发明的传感器系统图；

图3为本发明的信号调节系统图；

图4为本发明的里程定位系统图；

图5为本发明的显示系统图；

图6为本发明的报警系统图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

如图1所示，一种基于喷注噪声的海底管道泄漏检测系统，包括单片机控制系统10、传感器系统20、信号处理系统30、里程定位系统40、报警系统50、显示系统60；传感器系统20的信号输出端口与信号处理系统30的信号输入端口相连，用于将检测的喷注噪声信号传递给信号处理系统30；信号处理系统30的信号输出端口与单片机控制系统10的信号输入端口相连，用于将信号处理系统30传递的信号进行处理；里程定位系统40的信号输出端口与单片机控制系统10的信号输入端口相连，用以实现对泄漏产生的喷注噪声发源地进行定位；单片机控制系统10的报警信号输出端口与报警系统50的输入端口相连，当传感器系统20检测到喷注噪声信号后，报警系统50发出警报；单片机控制系统10的显示端口与显示系统60的输入端口相连，用于显示喷注噪声发源地位置。

如图2所示，在传感器系统选取工作在液体环境耐压的水听器，水听器由于其直接输出的信号为电荷，比较微弱，直接测量难度较大，所以要将其转换成电压信号，并进行适当的放大。另外有必要将检测泄漏不需要的频带范围的信号滤掉，只保留包含泄漏信号的频带范围内的有用信号，这就需要电路有滤波功能。同时电路要有很好的信噪比，保证测量的准确性。电路的第一级为电荷-电压转换电路，将微弱的电荷信号适当放大，产生电压，由水听器的电容值和第一级电路的电阻值可算出这一级信号的频率范围是0.7hz~1000khz。第二级为放大电路，将转化的电压信号进行放大，共有5倍，10倍，50倍和100倍放大可选，放大倍数的选择由拨码开关实现。其后为带通滤波电路，根据传感器输入信号和噪声的频带，设计其滤波通带为20-20khz；为了方便后续模数转换，用1.25v基准电压将信号幅值抬高。经过理论计算，在放大倍数为100的条件下，电路产生的输出噪声为1.8mv，远小于泄漏检测灵敏度指标0.1l/min对应的信号幅值19.44mv。该电路依靠5v电压供电，通过max660芯片产生-5v电压，为各运放供电。正负5v电源部分采用了π型滤波，减小电压的纹波。

如图3所示，信号处理系统系统采用altera公司的cycloneii系列fpga芯片为中心控制器，完成前端多通道a/d数据采集，spi总线传输，cpu读取后实时压缩，压缩后通过ide接口存储到ata硬盘。前端a/d采用多片多通道高速a/d由“多路a/d控制模块”对几百路模拟信号分别进行1khz的采样，然后串行读出12位采样结果。控制和数据传输通过多路spi总线。实现实时压缩的cpu采用sopc技术，嵌入niosii软核，构建出嵌入式系统结构，嵌入uclinux操作系统，利用uclinux操作系统的多线程的功能和丰富的接口驱动，编写实时的无损压缩算法和数据采集程序。利用uclinux的pthread库函数创建两个线程，数据采集线程和数据压缩线程，数据采集线程主要将采集到的数据以文本的形式存储，数据压缩线程主要压缩采集到的文本。由于两个线程均由uclinux的内核调度，可以实现数据实时采集和压缩。将压缩的文件存储到硬盘上，在fpga内部设计ide控制模块，在fat32的硬盘格式上连续存储数据。待检测完成后，将压缩的文档解压，读出检测数据。

如图4所示，里程定位系统包括惯性敏感元件和里程仪，其中，所述惯性敏感元件包括陀螺仪与加速度计；里程定位系统安装在海底管道泄漏检测系统中，以一定的频率采集三路陀螺仪、三路加速度计以及三路里程计数据并保存在存储设备中、用于事后离线解算，结合管道故障检测信号，对管道故障点进行精确定位。系统组成部分如下：主机、数据下载电缆、数据处理软件。其中，数据处理单元用于数据下载和数据处理功能，主要用于事后离线导航解算。利用惯导数据、里程计数据及磁标数据进行组合导航解算，提供载体全程运行过程中的全部导航信息（时间、速度及位置等信息）。

如图5所示，显示系统包括8255芯片、八路反向驱动器、两路反向驱动器和两个led显示器；80c51芯片的p0口与8255芯片的数据口相连，进行数据的传输，将p0口与p2口经过一个译码电路连接在8255芯片的cs片选引脚上，进行芯片的选择，将‘读’‘写’引脚对应相连；8255芯片的pb口经过八路反向驱动器分别与两个led显示器的段控口相连，8255芯片的pc0口经过两路反向驱动器与‘个位’led显示器的位控口相连，8255芯片的pc1口经过两路反向驱动器与‘十位’led显示器的位控口相连。

如图6所示，所述报警系统包括蜂鸣器，蜂鸣器的正极端分别与电阻r1一端、电阻r2一端、电源vcc相连，电阻r1另一端通过绿色led与80c51芯片的3脚相连，电阻r2另一端通过红色led与80c51芯片的4脚相连；蜂鸣器的负极端与npn三极管q1的集电极相连，npn三极管q1的发射极接地，npn三极管q1的基极通过电阻r3与80c51芯片的5脚相连。

本发明基于采集喷注噪声信号的处理分析进行管道的泄漏检测，可以实现海底管道泄漏数据的分析与处理，防止海底管道生产事故的发生。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。