供水管道漏损的监测系统

1.本实用新型涉及漏损监测技术领域，具体而言，涉及一种供水管道漏损的监测系统。


背景技术：

2.在现有技术中，绝大多数供水公司管网铺设年代比较久远，因管理不善、设施陈旧及技术水平提高缓慢等原因，导致了供水管网漏损率偏高，增大了水资源的流失和浪费，很大程度地增加了自来水公司的供水成本。
3.目前，针对供水管道漏损监测与定位问题，供水公司普遍采用传统的人工听音巡检的泄漏监测方法，通过借助具有声音放大功能的听漏仪器，沿着供水管线监听由地下传来的管道泄漏声信号，进而判断管线是否发生泄漏。这类方法虽然有所成效，但其主要依靠工作经验丰富的工作人员在深夜工作，不仅耗费大量的人力和物力，而且探漏效果并不理想。
4.针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例提供了一种供水管道漏损的监测系统，以至少解决现有技术中管道漏损监测方法采用人工听音巡检的方式，导致耗费大量的人力和物力且监测效果不佳的技术问题。
6.根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种供水管道漏损的监测系统，包括：多个噪声监测终端，每个上述噪声监测终端分别设置在供水管道的多个不同监测位置，用于采集每个上述监测位置的当前振动声信号；巡检主机，与多个上述噪声监测终端连接，用于在上述当前振动声信号与正常振动声信号不同时，确定上述供水管道在与上述当前振动声信号对应的上述监测位置存在管道泄漏。
7.可选的，上述噪声监测终端包括：信号放大采集电路，用于采集上述当前振动声信号，其中，上述信号放大采集电路包括：前置放大滤波电路、二级放大电路、双通道放大滤波电路；第一无线通讯模块，与上述信号放大采集电路和上述巡检主机连接，用于将上述当前振动声信号发送至上述巡检主机；数据存储芯片，与上述信号放大采集电路连接，用于存储上述当前振动声信号。
8.可选的，上述噪声监测终端为噪声采集传感器，还包括：电源系统，用于为上述噪声监测终端进行供电；单片机，与上述数据存储芯片、上述信号放大采集电路、第一无线通讯模块连接，用于在预定情形下从低功耗运行模式切换到信号采集模式，并在信号采集模式下依次开启上述信号放大采集电路、第一无线通讯模块和上述数据存储芯片的电源，以完成对上述当前振动声信号的采集和存储；其中，上述预定情形为如下至少之一情形：达到设定的监测时间、接收到监测命令、监测开关触发。
9.可选的，在上述前置放大滤波电路中，u3c带通滤波器的端口10与电阻14的第一端
连接，上述电阻14的第二端与电源系统连接；上述u3c带通滤波器的端口9分别与电容7、电容9、电阻18的第一端连接；上述电容7的第二端与上述前置放大滤波电路的输入端连接；上述电阻18的第二端分别与电阻20、电阻21的第一端连接；上述电阻21的第二端与上述电源系统连接；上述u3c带通滤波器的端口8与上述电容9、电阻20、电阻16连接。
10.可选的，在上述二级放大电路中，u3d放大器的端口12与电阻13、电阻15和电容8的第一端连接；上述电容8的第二端接地；上述u3d放大器的端口13与电阻12、电阻17、电阻19和电容10的一端连接；上述电阻12和电阻13的第二端与上述电源系统连接；上述电阻15和电阻17的第二端与电容5的第一端连接；上述u3d放大器的端口14与上述电阻19、上述电容10以及电容6连接。
11.可选的，上述双通道放大滤波电路包括：低增益低通滤波电路，在上述低增益低通滤波电路中，u3b放大器的端口7与电阻3的一端连接；上述u3b放大器的端口6与电阻2、电阻7、电阻10、电容3的第一端连接；上述电阻2和电阻3的第二端与上述电源系统连接；上述u3b放大器的端口5与上述电阻10、电容3以及电阻6连接。
12.可选的，上述双通道放大滤波电路还包括：高增益低通滤波电路，在上述高增益低通滤波电路中，u3a放大器的端口3与电阻5连接；上述u3a放大器的端口2与电阻4、电阻8、电阻11和电容4的第一端连接；上述电阻4与电阻5与上述电源系统连接；上述u3a放大器的端口4与电阻1、电容1、电容2的第一端连接；上述的电阻1的第二端与上述电源系统连接；上述的电容1与上述电容2的第二端接地；上述u3a放大器的端口8接地；上述u3a放大器的端口1与上述电阻11、上述电容4以及电阻9连接。
13.可选的，上述噪声监测终端为噪声采集传感器。
14.在本实用新型实施例中，通过多个噪声监测终端，每个上述噪声监测终端分别设置在供水管道的多个不同监测位置，用于采集每个上述监测位置的当前振动声信号；巡检主机，与多个上述噪声监测终端连接，用于在上述当前振动声信号与正常振动声信号不同时，确定上述供水管道在与上述当前振动声信号对应的上述监测位置存在管道泄漏，达到了自动且快速发现管道漏点的目的，从而实现了减少水资源的流失和浪费，降低供水管网漏损率的技术效果，进而解决了现有技术中管道漏损监测方法采用人工听音巡检的方式，导致耗费大量的人力和物力且监测效果不佳的技术问题。
附图说明
15.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
16.图1是根据本实用新型实施例的供水管道漏损的监测系统；
17.图2a是根据本实用新型实施例的一种可选的噪声监测终端的外形效果示意图；
18.图2b是根据本实用新型实施例的一种可选的巡检主机的外形效果示意图；
19.图3是根据本实用新型实施例的一种可选的供水管道漏损的监测系统电路硬件示意图；
20.图4是根据本实用新型实施例的一种可选的供水漏损移动监测设备通信方式结构示意图；
21.图5是根据本实用新型实施例的一种可选的供水漏损移动监测设备工作流程示意图；
22.图6是根据本实用新型实施例的一种可选的巡检主机唤醒噪声监测终端的流程示意图；
23.图7是根据本实用新型实施例的一种可选的前置放大滤波电路结构示意图；
24.图8是根据本实用新型实施例的一种可选的二级放大电路结构示意图；
25.图9是根据本实用新型实施例的一种可选的低增益低通滤波电路结构示意图；
26.图10是根据本实用新型实施例的一种可选的高增益低通滤波电路结构示意图。
具体实施方式
27.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。
28.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
29.实施例1
30.根据本实用新型实施例，提供了一种供水管道漏损的监测系统实施例，图1是根据本实用新型实施例的供水管道漏损的监测系统，如图1所示，该系统包括：多个噪声监测终端10和巡检主机12，其中：
31.多个噪声监测终端10，每个上述噪声监测终端分别设置在供水管道的多个不同监测位置，用于采集每个上述监测位置的当前振动声信号；
32.巡检主机12，与多个上述噪声监测终端连接，用于在上述当前振动声信号与正常振动声信号不同时，确定上述供水管道在与上述当前振动声信号对应的上述监测位置存在管道泄漏。
33.在本实用新型实施例中，上述供水管道漏损的监测系统主要由噪声监测终端10和巡检主机12两部分组成，主要完成对地下管道噪声振动信号的采集、放大、滤波、转换以及无线通信等工作。
34.在本实用新型实施例中，供水管网漏损移动监测系统的目的为采集泄漏噪声信号，管道泄漏振动声信号，通过供水管网漏损移动监测系统的供水管网漏损移动监测设备比较正常状态下和泄漏状态下的管道振动声信号来判断管道是否发生泄漏；上述泄漏噪声信号为供水管道发生泄漏后，在水流和压力的作用下，在漏口处管壁会产生的泄漏振动声信号，上述振动信号可以沿管壁和流体向两侧传播。
35.在本实用新型实施例中，可以根据供水管网漏损移动监测系统的噪声监测终端10和巡检主机12两部分构建管道漏损监测设备，其中包括信号采集模块、通信存储模块、控制模块等。
36.作为一种可选的实施例，上述信号采集模块，负责对上述管道泄漏噪声信号进行采集、放大、滤波、转换等处理。信号采集主要由压电陶瓷片和铜极片组成噪声采集电路，采用上述噪声采集电路将管道振动信号转换为模拟量。信号放大滤波采用前置放大滤波电路、二级放大电路、双通道放大滤波电路(包括低增益低通滤波电路和高增益低通滤波电路)实现三级放大、两次滤波等处理；信号转换主要由单片机来完成，将模拟量转换为数字量。
37.可选的，如图2a所示的多个噪声监测终端的外形效果图，上述噪声监测终端整体为圆柱形，可以进行上下开盖，采用径向密封方式，配合螺孔进行压紧固定。上述噪声监测终外部留有远传天线1和蓝牙天线2两个转接口；在上述噪声监测终端底部设置有强力磁铁结构4，用于安装的吸附固定；在上述噪声监测终端上部设置有提手3，用于安装时的取放和提携。
38.可选的，如图2b所示的巡检主机的外形效果图，上述巡检主机整体呈方形盒体，可以进行上下开盖；在上述巡检主机上部设置有天线转接口5，用于安装天线；设备右侧设置有usb人机交互接口7和开关按钮6。
39.作为一种可选的实施例，如图3所示的供水管道漏损的监测系统电路硬件示意图，根据系统的功能和环境要求本系统采用的单片机型号为msp430fr6972，外接32768晶振作为时钟，内置dc(800khz)作为主频，复位电路为阻容复位。其中，噪声采集传感器为采用双压电陶瓷片和铜极片组成的采集电路；信号放大采集电路采用双通道放大滤波电路，实现低增益、高增益二路采集信号；数据存储采用32mbit型wq25q32jvs存储芯片，上述芯片容量为4m，可连续存储噪声原始数据超一个月；采用nb-iot无线通讯模块(bc28模块)与msp430fr6972单片机的串口1连接；采用1节er34615锂电池进行供电(19ah、3.6v)；一路通过处理器cpu通断控制电路给nb-iot模块供电，另一路通过ldo rh5rl33aa稳压到3.3v给处理器cpu系统供电。
40.在本实用新型实施例中，上述噪声监测终端包括：信号放大采集电路20，用于采集上述当前振动声信号，其中，上述信号放大采集电路包括：前置放大滤波电路、二级放大电路、双通道放大滤波电路；第一无线通讯模块22，与上述信号放大采集电路和上述巡检主机连接，用于将上述当前振动声信号发送至上述巡检主机；数据存储芯片24，与上述信号放大采集电路连接，用于存储上述当前振动声信号。
41.作为一种可选的实施例，上述通信存储模块，负责接收、存储和发送数据等工作，数据存储由存储芯片构成，用于保存振动信号原始数据。上述通信存储模块将采集到的管道振动信号压缩打包后，利用上述第一无线通讯模块，包括：nb-iot、lora、蓝牙等无线通讯网络完成数据在噪声监测设备与监控平台之间的传递。管道漏损监测设备共有三种通信模式：通信方式1可以通过手机应用程序页面以蓝牙的方式与巡检主机进行通讯，巡检主机再以lora通信方式与管道漏损监测设备进行通讯；以巡检主机作为中介，通过手机发送命令来控制管道漏损监测设备工作。通信方式2可以是设定管道漏损监测设备工作时间，当系统时间到达设定时间时，管道漏损监测设备自动采集数据。通信方式3可以是管道漏损监测设
备内部设置干簧管，可通过强磁吸附对其唤醒。
42.可选的，上述信号通信存储模块的数据存储采用32mbit型wq25q32jvs存储芯片。如图4所示的供水漏损移动监测设备通信方式结构示意图，管道漏损监测设备共有三种唤醒模式，即上述三种通信模式，包括：通过手机应用程序页面以蓝牙的方式与巡检主机进行通讯，巡检主机再以lora通信方式与管道漏损监测设备进行通讯；以巡检主机作为中介，通过手机发送命令来控制管道漏损监测设备工作；通过设定管道漏损监测设备工作时间，当系统时间到达设定时间时，管道漏损监测设备自动采集数据；通过在管道漏损监测设备内部设置干簧管，可通过强磁吸附对其唤醒。
43.可选的，上述管道漏损监测设备采集完数据后通过nb-iot网络对数据进行打包发送至监控平台。
44.在本实用新型实施例中，上述噪声监测终端为噪声采集传感器，还包括：电源系统30，用于为上述噪声监测终端进行供电；单片机32，与上述数据存储芯片、上述信号放大采集电路、第一无线通讯模块连接，用于在预定情形下从低功耗运行模式切换到信号采集模式，并在信号采集模式下依次开启上述信号放大采集电路、第一无线通讯模块和上述数据存储芯片的电源，以完成对上述当前振动声信号的采集和存储；其中，上述预定情形为如下至少之一情形：达到设定的监测时间、接收到监测命令、监测开关触发。
45.作为一种可选的实施例，上述控制模块，负责对采集模块与通信存储模块进行总控与管理，包括：采集模式控制、噪声监测终端与巡检主机(蓝牙-lora-nb-iot)通讯控制。上述采集模式控制，管道噪声监测终端处于低功耗状态，当以下任意一种情况时：系统时间到达设定的时间、接收到巡检主机命令、外部干簧管触发，退出低功耗模式，开始打开信号采集模块电源，稳定后进行数据采集。上述噪声监测终端与巡检主机(蓝牙-lora-nb-iot)通讯控制，巡检主机作为主机通过lora与噪声记录仪通讯，作为从机通过蓝牙与手机通讯，最终噪声监测终端采集的数据打包压缩后经过nb-iot发送到监控平台。
46.可选的，如图5所示的供水漏损移动监测设备工作流程示意图，针对上述控制模块的采集模式控制，平时处理器cpu处于低功耗lpm3状态，nb-iot电源、采集电路、存储电路均处于关闭状态，lora电源处于低功耗状态。当以下任意一种情况时：系统时间到达设定的时间、接收到巡检主机命令、外部干簧管触发，退出低功耗模式，开始打开信号采集模块电源，稳定后进行采集。同时打开远传模块电源，对模块进行at指令数据发送。当数据采集和发送完成后，关闭采集电路部分电源，以及关闭采集模块电源并打开存储芯片电源，进行数据存储，存储完成后，关闭电源。
47.可选的，如图6所示的巡检主机唤醒噪声监测终端的流程示意图，对于上述噪声监测终端与巡检主机通讯控制，当需要现场采集管道噪声数据时，可以通过巡检主机作为手机应用程序和噪声监测设备的通讯中介，通过在应用程序上发送现场采集命令使噪声监测设备实时采集数据；上述巡检主机主要作用是利用lora短距离(100米内)通讯读取噪声记录仪数据，利用蓝牙通讯与手机应用程序相连，通过操作手机应用程序实现实时读取噪声监测终端的噪声数据。
48.作为一种可选的实施例，如图7所示的前置放大滤波电路结构示意图，u3c带通滤波器的端口10与电阻14的第一端连接，上述电阻14的第二端与电源系统连接；上述u3c带通滤波器的端口9分别与电容7、电容9、电阻18的第一端连接；上述电容7的第二端与上述前置
放大滤波电路的输入端连接；上述电阻18的第二端分别与电阻20、电阻21的第一端连接；上述电阻21的第二端与上述电源系统连接；上述u3c带通滤波器的端口8与上述电容9、电阻20、电阻16连接。
49.作为一种可选的实施例，如图8所示的二级放大电路结构示意图，u3d放大器的端口12与电阻13、电阻15和电容8的第一端连接；上述电容8的第二端接地；上述u3d放大器的端口13与电阻12、电阻17、电阻19和电容10的一端连接；上述电阻12和电阻13的第二端与上述电源系统连接；上述电阻15和电阻17的第二端与电容5的第一端连接；上述u3d放大器的端口14与上述电阻19、上述电容10以及电容6连接。
50.作为一种可选的实施例，如图9所示的低增益低通滤波电路结构示意图，上述双通道放大滤波电路包括：低增益低通滤波电路，在上述低增益低通滤波电路中，u3b放大器的端口7与电阻3的一端连接；上述u3b放大器的端口6与电阻2、电阻7、电阻10、电容3的第一端连接；上述电阻2和电阻3的第二端与上述电源系统连接；上述u3b放大器的端口5与上述电阻10、电容3以及电阻6连接。
51.作为一种可选的实施例，如图10所示的高增益低通滤波电路结构示意图，上述双通道放大滤波电路还包括：高增益低通滤波电路，在上述高增益低通滤波电路中，u3a放大器的端口3与电阻5连接；上述u3a放大器的端口2与电阻4、电阻8、电阻11和电容4的第一端连接；上述电阻4与电阻5与上述电源系统连接；上述u3a放大器的端口4与电阻1、电容1、电容2的第一端连接；上述的电阻1的第二端与上述电源系统连接；上述的电容1与上述电容2的第二端接地；上述u3a放大器的端口8接地；上述u3a放大器的端口1与上述电阻11、上述电容4以及电阻9连接。
52.作为一种可选的实施例，上述信号采集模块采集的模拟量依此通过前置放大滤波电路、二级放大电路、低增益低通滤波电路或高增益低通滤波电路，实现三级放大、两次滤波，最终得到所需要的管道泄漏噪声模拟量，上述模拟量再通过单片机转换为数字量，完成管道泄漏信号采集。
53.在本实用新型实施例中，上述噪声监测终端为噪声采集传感器。
54.从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：通过供水管道漏损的监测系统的管道漏损监测设备或装置及时发现管道漏点，从而快速地降低物理损失，减少水资源的流失和浪费，降低供水管网漏损率，很大程度上节省自来水公司供水成本，避免了需要工作经验丰富的探漏工作人员在深夜耗费大量的人力和物力进行排查，且监测效果不佳的技术问题。
55.需要说明的是，本技术中的图1中所示供水管道漏损的监测系统的具体结构仅是示意，在具体应用时，本技术中的供水管道漏损的监测系统可以具有比图1所示的供水管道漏损的监测系统多或少的结构。
56.还需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，并非对本实用新型进行限制。本领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样修改或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
57.此外，仍需要说明的是，本实施例的可选或优选实施方式可以参见实施例1中的相关描述，此处不再赘述。
58.上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
59.在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
60.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。