新型的智能热管网泄露和定位监测系统及方法与流程

本发明实施例涉及通信和信号技术领域，并且更具体地，涉及一种新型的智能热管网泄露和定位监测系统及方法。

背景技术

随着我国城镇化进程的高速推进，与人们生活息息相关的供热系统、供水系统等服务系统被广泛应用到人们居住的楼宇中，这些服务系统在很大程度上提高了人们生活的便利性。为了提高上述服务系统的服务质量，需要采取必要的监管措施，以保证在服务系统出现故障时能够及时发现和修复。

目前对于通过液态物体流动来提供服务的系统，一般通过对系统中的压力和流量进行监控来判断是否发生故障。但是在这种监管措施存在灵敏度低的缺陷，具体体现在，故障发生一段时间后才能明显改变系统的压力数据和流量数据，根据改变后的压力数据和流量数据才能检测到故障发生。从故障发生到检测到故障的时间段内可能已经造成较多资源的浪费，或者已经对服务系统的设施造成了一定成的破坏，不仅造成了资源的损失，还造成了设备的损伤。另外，上述通过压力和流量监控服务系统故障的措施还存在无法精确定位故障地点的缺陷，具体体现在，服务系统中设置了多个的数据采集设备，但是这些数据采集设备的空间分布具有很大的离散性，服务系统根据数据采集设备传输过来的数据只能确定故障发生的大概范围，不能精确的确定故障发生的地点，严重降低了故障的排除效率，并且大量数据采集设备的布置提高了服务系统的维护成本。

综上，上述通过压力和流量监控服务系统故障的措施存在灵敏度低以及无法精确定位故障地点的缺陷。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种新型的智能热管网泄露和定位监测系统及方法，其根据待检测信号的电压值能够快速的判定是否发生预定的故障，提高了故障检测的灵敏度；并且利用探测脉冲信号的注入时间和待检测信号的接收时间能够精确的确定预定故障的发生地点。

第一方面，提供了一种新型的智能热管网泄露和定位监测方法，所述方法包括如下步骤：

新型的智能热管网泄露和定位监测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

处理器向信号线的信号注入端注入探测脉冲信号，其中所述信号线与待检测管道平行设置，并且所述信号线距离所述待检测管道预定距离，所述信号线的远离所述信号注入端的一端开路设置；

信号采集器采集所述信号注入端接收的反馈回来的脉冲信号，得到待检测信号；

处理器判断所述待检测信号的电压值是否小于预定电压值，若所述待检测信号的电压值小于所述预定电压值，则判定所述待检测管道出现预定故障。

进一步地，所述方法还包括如下步骤：

在所述待检测信号的电压值小于所述预定电压值的情况下，所述处理器获取所述探测脉冲信号的注入时刻、所述待检测信号的采集时刻，并根据所述探测脉冲信号的注入时刻、所述待检测信号的采集时刻以及所述探测脉冲信号的传输速度确定所述预定故障与所述信号注入端的距离。

进一步地，所述方法利用如下步骤确定所述探测脉冲信号的脉宽：

所述处理器，根据所述信号线的长度以及所述探测脉冲信号在所述信号线中传输的速度，确定所述探测脉冲信号的脉宽。

进一步地，所述方法还包括如下步骤：

所述处理器根据所述脉宽确定延时时间；

所述处理器根据所述延时时间以及非门电路的输入输出的时间延时，确定需要选取的若干个非门电路；其中所述若干个非门电路串联；

利用所述处理器，将其一个输出端口与第一个所述非门电路的输入端连接，将第二个所述非门电路的输出端以及最后一个所述非门电路的输出端连接异或门电路的两个输入端；所述异或门电路的输出端输出所述探测脉冲信号。

进一步地，所述采集所述信号注入端接收的反馈回来的脉冲信号，具体为：

在所述探测脉冲信号注入时刻开始的两个所述脉宽的时间段内，利用所述信号采集器采集所述信号注入端接收的反馈回来的脉冲信号。

进一步地，所述方法还包括如下步骤：

所述处理器根据所述信号线的长度确定发送所述探测脉冲信号的发射功率，并根据所述发射功率确定电源的电压；

具有对应电压的电源对所述探测脉冲进行功率放大，并将功率放大后的探测脉冲信号注入所述信号注入端。

第二方面，提供了一种新型的智能热管网泄露和定位监测系统，所述系统包括：

信号线，用于接收并传输探测脉冲信号；所述信号线与待检测管道平行设置，并且所述信号线距离所述待检测管道预定距离，所述信号线的远离所述信号注入端的一端开路设置；

处理器，用于向信号线的信号注入端注入所述探测脉冲信号；

信号采集器，用于采集所述信号注入端接收的反馈回来的脉冲信号，得到待检测信号；

所述处理器还用于判断所述待检测信号的电压值是否小于预定电压值，若所述待检测信号的电压值小于所述预定电压值，则判定所述待检测管道出现预定故障。

进一步地，

在所述待检测信号的电压值小于所述预定电压值的情况下，所述处理器还用于获取所述探测脉冲信号的注入时刻、所述待检测信号的采集时刻，并根据所述探测脉冲信号的注入时刻、所述待检测信号的采集时刻以及所述探测脉冲信号的传输速度确定所述预定故障与所述信号注入端的距离。

进一步地，所述系统还包括异或门电路、单刀多掷开关、若干个非门电路和若干那个具有不同电压的电源；

所述处理器还用于根据所述信号线的长度以及所述探测脉冲信号在所述信号线中传输的速度，确定所述探测脉冲信号的脉宽，根据所述脉宽确定延时时间，根据所述延时时间以及非门电路的输入输出的时间延时，确定需要选取的若干个非门电路，并且将第一个所述非门电路的输入端连接所述处理器的一输出端口，将第二个所述非门电路的输出端以及最后一个所述非门电路的输出端连接异或门电路的两个输入端；所述异或门电路的输出端输出所述探测脉冲信号；其中所述若干个非门电路串联，

所述处理器还用于根据所述信号线的长度确定发送所述探测脉冲信号的发射功率，并根据所述发射功率确定电源的电压，利用所述单刀多掷开关连通具有对应电压的电源；

具有对应电压的电源对所述探测脉冲进行功率放大，并将功率放大后的探测脉冲信号注入所述信号注入端。

进一步地，所述信号采集器具体用于在所述探测脉冲信号注入时刻开始的两个所述脉宽的时间段内，采集所述信号注入端接收的反馈回来的脉冲信号。

在本发明实施例的上述技术方案中，将具有预定脉宽的探测脉冲信号注入信号线中，在预定的时间段内接收反馈回来的待检测信号，之后根据待检测信号的电压值是否小于预定的电压值来判定是否发生预定的故障，由于信号的传输速度非常快，因此能够快速的检测到故障，提高了故障检测的灵敏度，从而能够有效减少故障发生后的资源浪费，并且有效的保护系统设备不收侵害。另外，上述技术方案中，在确定发生故障后，利用探测脉冲信号的注入时间和待检测信号的接收时间能够精确的计算出预定故障发生地点与信号线的信号注入端的距离，即能够精确地确定故障发生的地点，从而能够有效提高故障排除效率，并且能够避免在系统中设置大量的信号采集设备，在很大程度上降低了系统的维护成本。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意性的示出了根据本发明一实施例的新型的智能热管网泄露和定位监测方法的流程图。

图2a-2f示意性的示出了根据本发明一实施例中逻辑延时组合电路以及电源选取电路的结构示意图。

图3示意性的示出了根据本发明一实施例中新型的智能热管网泄露和定位监测系统的框图。

图4示意性的示出了根据本发明再一实施例中新型的智能热管网泄露和定位监测系统的框图。

具体实施方式

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

一种新型的智能热管网泄露和定位监测方法，该方法应用于供水系统或供热系统等城市服务系统中，具体用于监测上述各服务系统中是否发生管道故障。如图1所示，该新型的智能热管网泄露和定位监测方法包括如下步骤：

110、处理器向信号线的信号注入端注入探测脉冲信号，其中所述信号线与待检测管道平行设置，并且所述信号线距离所述待检测管道预定距离，所述信号线的远离所述信号注入端的一端开路设置。

此步骤中，预定距离可以根据实际应用场景灵活设定，例如将预定距离设置为10mm。在待检测管道没有发生泄露等故障时，信号线与待检测管道绝缘，那么信号线仍处于开路状态，根据信号在传输线遇到阻抗突变会发生反射这一原理，在信号注入端可以采集到电压信号。当待检测管道发生泄露等故障时，待检测管道与信号导通，这样信号线通过待检测管道接地，根据信号在传输线遇到阻抗突变会发生反射这一原理，在信号注入端的电压被拉低变为零，这时在信号注入端上采集到的电压(即上述待检测信号)为零伏，表明与该信号线平行的管网发生了泄露。

此步骤中，探测脉冲信号可以为方波信号，该方波信号的脉宽可以根据所述信号线的长度以及所述探测脉冲信号在所述信号线中传输的速度确定。具体地，计算所述信号线的长度除以所述探测脉冲信号在所述信号线中传输的速度的商，得到探测脉冲信号的脉宽。

此步骤中，信号线采用直径为1.5mm的铜线，能够降低对管道网络的施工要求。

此步骤中，由于信号线是沿着管道的铺设方向平行架设，所以能够对管道的任意位置进行监测。

120、信号采集器采集所述信号注入端接收的反馈回来的脉冲信号，得到待检测信号。

此步骤中，如图3所示，可以利用高速adc(模数转换)采集模块采集所述待检测信号。在采集到待检测信号后，可以对待检测信号进行滤波处理，以去除待检测信号中的噪声，降低噪声对所测物理量的干扰。例如可以采用小波变换的技术对待检测信号进行处理，由于小波变换对信号具有的自适应性，能够很好的对采集到的信号进行分析和处理，降低噪声的干扰。

此步骤中，在所述探测脉冲信号注入时刻开始的两个所述脉宽的时间段内，采集待检测信号。

此步骤中，信号采集器具有远小于脉宽的采样周期，因此能够对泄露位置精准定位。

130、处理器判断所述待检测信号的电压值是否小于预定电压值，若所述待检测信号的电压值小于所述预定电压值，则判定所述待检测管道出现预定故障。

此步骤中，如图3所示，处理器可以但不限于是单片机。

本实施例，将具有预定脉宽的探测脉冲信号注入信号线中，在预定的时间段内接收反馈回来的待检测信号，之后根据待检测信号的电压值是否小于预定的电压值来判定是否发生预定的故障，由于信号的传输速度非常快，因此能够快速的检测到故障，提高了故障检测的灵敏度，从而能够有效减少故障发生后的资源浪费，并且有效的保护系统设备不收侵害。

在一个实施例中，所述新型的智能热管网泄露和定位监测方法还包括如下步骤：

在所述待检测信号的电压值小于所述预定电压值的情况下，所述处理器获取所述探测脉冲信号的注入时刻、所述待检测信号的采集时刻，并根据所述探测脉冲信号的注入时刻、所述待检测信号的采集时刻以及所述探测脉冲信号的传输速度确定所述预定故障与所述信号注入端的距离。

此步骤中，在对信号注入端注入信号的同时，处理器mcu记录下该时刻(t1)，同时在信号注入端进行信号的采集并记录下采集到的信号的相应的时刻。如果采集设备在信号脉宽两倍的时间内采集到的信号有零伏电压信号，并记录下该时刻(t2),说明与信号线平行的管道发生了泄露。由于探测脉冲信号在信号线的传输速度(v)是固定的，那么泄露位置距离信号注入端的距离d＝v*(t2-t1)/2，进而实现了对泄露在位置的精准定位。

本实施例的技术方案中，在确定发生故障后，利用探测脉冲信号的注入时间和待检测信号的接收时间能够精确的计算出预定故障发生地点与信号线的信号注入端的距离，即能够精确地确定故障发生的地点，从而能够有效提高故障排除效率，并且能够避免在系统中设置大量的信号采集设备，在很大程度上降低了系统的维护成本

在一个实施例中，新型的智能热管网泄露和定位监测方法还包括如下步骤：

210、所述处理器根据所述脉宽确定延时时间；

此步骤中，延时时间等于脉宽。

220、所述处理器根据所述延时时间以及非门电路的输入输出的时间延时，确定需要选取的若干个非门电路；其中所述若干个非门电路串联；

此步骤中，由于非门电路具有固定的输入输出时间延时，因此可以将一系列非门电路串联，利用若干个非门电路的时间延时构造出上述脉宽。这里选取的非门电路的数量为偶数，具体地，非门电路的数量s＝t3/t4+1，其中t3为脉宽，t4为非门电路的输入输出的时间延时。

230、所述处理器将其一个输出端口与第一个所述非门电路的输入端连接，将第二个所述非门电路的输出端以及最后一个所述非门电路的输出端连接异或门电路的两个输入端；所述异或门电路的输出端输出所述探测脉冲信号。

本实施例能够控制输出的探测脉冲信号的脉宽，根据脉宽的不同可以选取不同数量的非门电路，能够灵活地控制探测脉冲信号脉宽，实现了探测脉冲信号的脉宽可控。

如图3所示，本实施例实现脉宽控制的电路可以是逻辑延时组合电路，在具体实施过程中，可以选取多个非门电路芯片，该芯片中可以包括若干路非门。如图2a所示，u1、u2、u3和u4是包含6路非门的芯片，图中a0、a1、a2、a3、a4和a5是各个芯片中非门的输入，q0、q1、q2、q3、q4和q5是各个芯片中非门的输出。u1的第一路非门的输入a0连接处理器的一个输出端口，各个芯片中的非门依次串联，各个芯片依次串联。如图2b、2c所示，将u1的第二路的输出q1引出连接到一个异或门电路u8的一个输入端1a。从第二个非门电路电路芯片开始，将每个芯片的第6路输出均引出，连接到一单刀多掷开关u9的三个输入端(s1、s2、s3)上。处理器根据延时时间利用该单刀多掷开关选通其中的一个非门输出连接异或门电路u8的另一个输入端1b接通。异或门电路u8的输出端口1y输出探测脉冲信号。u9中的端口a0、a1、a2是与端口s1、s2、s3对应的输出端。图2所示的电路实现了对脉宽的灵活控制。

进一步地，新型的智能热管网泄露和定位监测方法还包括如下步骤：

310、利用所述处理器，根据所述信号线的长度确定发送所述探测脉冲信号的发射功率，并根据所述发射功率确定电源的电压；

此步骤中，根据信号线的长度确定信号的发射功率，能够提高接收的待检测信号的准确性，即能够保证故障探测和定位的准确性。

320、具有对应电压的电源对所述探测脉冲进行功率放大，并将功率放大后的探测脉冲信号注入所述信号注入端。

此步骤中通过控制电源的电压控制发射功率，具体地，如图2f所示，设置一个提供12v和5v电压的电源u15。如图2d、2e所示，将电源的两个输出端分别与一个单刀双掷开关u14的两个输入端口连接，单刀双掷开关u14的输出端口与另一个单刀双掷开关u13的输入端口连接。当单刀双掷开关u14选通不同电压的电源连接到单刀双掷开关u13的输入端上。

异或门电路u8的输出端口1y连接到单刀双掷开关u13的使能端，当异或门电路u8的输出端口1y输出的脉冲信号为高时，单刀双掷开关u13的输出端连接到选取的电源上，当异或门电路u8的输出端口a1输出的脉冲信号为低时，单刀双掷开关u13的输出端接地，实现了通过电源电压对探测脉冲信号的功率放大。

可以预先设置多个具有不同电压的电源，在确定需要的电压后，利用一个单刀多掷开关连接具有对应电压的电源。

本实施例实现了探测脉冲信号脉宽的可控以及该脉冲信号的发射功率的可选。发射信号的功率是可选的，可以根据监测基站的实际距离选择相应的发射功率。

对应于上述新型的智能热管网泄露和定位监测方法，本发明实施例还公开了一种新型的智能热管网泄露和定位监测系统，如图4所示，所述系统包括：

信号线，用于接收并传输探测脉冲信号；所述信号线与待检测管道平行设置，并且所述信号线距离所述待检测管道预定距离，所述信号线的远离所述信号注入端的一端开路设置；

处理器，用于向信号线的信号注入端注入所述探测脉冲信号；

信号采集器，用于采集所述信号注入端接收的反馈回来的脉冲信号，得到待检测信号；

处理器还用于判断所述待检测信号的电压值是否小于预定电压值，若所述待检测信号的电压值小于所述预定电压值，则判定所述待检测管道出现预定故障。

在一个实施例中，在所述待检测信号的电压值小于所述预定电压值的情况下，所述处理器还用于获取所述探测脉冲信号的注入时刻、所述待检测信号的采集时刻，并根据所述探测脉冲信号的注入时刻、所述待检测信号的采集时刻以及所述探测脉冲信号的传输速度确定所述预定故障与所述信号注入端的距离。

在一个实施例中，所述系统还包括异或门电路、单刀多掷开关、若干个非门电路和若干那个具有不同电压的电源；

所述处理器还用于根据所述信号线的长度以及所述探测脉冲信号在所述信号线中传输的速度，确定所述探测脉冲信号的脉宽，根据所述脉宽确定延时时间，根据所述延时时间以及非门电路的输入输出的时间延时，确定需要选取的若干个非门电路，并且将第一个所述非门电路的输入端连接所述处理器的一输出端口，将第二个所述非门电路的输出端以及最后一个所述非门电路的输出端连接异或门电路的两个输入端；所述异或门电路的输出端输出所述探测脉冲信号；其中所述若干个非门电路串联，

所述处理器还用于根据所述信号线的长度确定发送所述探测脉冲信号的发射功率，并根据所述发射功率确定电源的电压，利用所述单刀多掷开关连通具有对应电压的电源；

具有对应电压的电源对所述探测脉冲进行功率放大，并将功率放大后的探测脉冲信号注入所述信号注入端。

在一个实施例中，所述信号采集器具体用于在所述探测脉冲信号注入时刻开始的两个所述脉宽的时间段内，采集所述信号注入端接收的反馈回来的脉冲信号。

应当说明的是，本发明上述实施例中的系统是与本发明上述实施例中的方法对应的产品，本发明上述实施例中的方法的每一个步骤均由本发明上述实施例中的系统的部件或模块完成，因此对于相同的部分不再进行赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。