一种具有异常震动检测功能的压力测量装置的制作方法

本实用新型属于电子测量技术领域，具体涉及一种具有异常震动检测功能的压力测量装置。

背景技术：

现有智能压力仪表在石油、化工、供水、燃气等行业有着广泛应用。智能压力仪表一般是通过测量被测点介质的压力信息，进而将压力值转化为电信号后传送给用户。在实际应用中，管道、罐体等测量区域或仪表本身经常会因受到外力作用而造成破坏或产生隐患。而且这一过程很多时候很难被发现，最终造成泄漏、甚至引起爆炸等严重后果，给用户带来巨大财产生命损失。

对上述隐患的现有监测方法包括：在重要位置安装视频监控，实时检查观测区域是否正常；在管道两端安装流量计、压力表等监测管道泄漏；光纤测温监测管道泄漏等。现有技术存在问题是：需要用户付出高昂设备成本及安装成本，而且实时性、预见性不强，无法及时有效地预防危害的发生。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提出一种具有异常震动检测功能的压力测量装置。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种具有异常震动检测功能的压力测量装置，包括：供电模块，微处理器，与微处理器电连接的无线通信模块和加速度传感器模块，通过信号处理模块与微处理器相连的压力传感器。加速度传感器模块用于实时测量被监测物(如管道)的加速度，并将测得的加速度数据送至微处理器，加速度传感器模块或微处理器根据加速度的绝对值是否超过第一阈值且超过第一阈值的时间是否大于第二阈值，判定是否存在异常震动，如果存在异常震动，通过无线通信模块向上位计算机发送报警信号，保存并同步上传由压力传感器测得的压力数据、当前状态和当前时间，当前状态包括异常震动和非异常震动(或正常状态)。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型通过设置供电模块、微处理器、与微处理器电连接的无线通信模块和加速度传感器模块、通过信号处理模块与微处理器相连的压力传感器，能够在正常测量压力的同时，实时监测被监测物的加速度值，当所述加速度值超过第一阈值的持续时间超过第二阈值时，判定为发生了异常震动，通过无线通信模块向上位计算机发送报警信号，保存并同步上传压力数据、震动状态和当前时间。根据同步的压力数据和震动状态，能够对被监测物进行有效的故障分析，有利于快速定位故障、消除故障隐患或排除故障。

附图说明

图1为本实用新型实施例一种具有异常震动检测功能的压力测量装置的组成框图。

图中：1-微处理器，2-供电模块，21-电池供电电路，22-稳压电路，23-升压电路，24-电池电压采样电路，3-压力传感器，4-信号处理模块，5-无线通信模块，6-加速度传感器模块，7-复位模块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型实施例一种具有异常震动检测功能的压力测量装置，如图1所示，包括：供电模块2，微处理器1，与微处理器1电连接的无线通信模块5和加速度传感器模块6，通过信号处理模块4与微处理器1相连的压力传感器3。加速度传感器模块6用于实时测量被监测物(如管道)的加速度，并将测得的加速度数据送至微处理器1，加速度传感器模块6或微处理器1根据加速度的绝对值是否超过第一阈值且超过第一阈值的时间是否大于第二阈值，判定是否存在异常震动，如果存在异常震动，通过无线通信模块5向上位计算机发送报警信号，保存并同步上传由压力传感器3测得的压力数据、当前状态和当前时间，当前状态包括异常震动和非异常震动(或正常状态)。

在本实施例中，所述装置主要由供电模块2、微处理器1、无线通信模块5、加速度传感器模块6、压力传感器3和信号处理模块4组成。供电模块2主要用于为其它模块提供正常工作需要的直流电源。压力传感器3用于将被监测的压力转换成电压信号送至信号处理模块4；信号处理模块4用于对所述电压信号进行滤波放大等处理后将其转换成数字信号并送至微处理器1；加速度传感器模块6用于测量被监测物体的加速度值。由于一般的加速度传感器内部均设置用于数据处理的微控制器，因此，加速度传感器模块6本身就可以根据加速度值的大小判定是否发生异常震动，并将测得的加速度数据、当前状态送至微处理器1。当前状态有两种，如果存在异常震动，当前状态为异常震动；否则为非异常震动，也可以称为正常状态。当然，也可以由微处理器1根据加速度值进行判断，这也是更一般的选择；无线通信模块5用于实现所述装置与上位计算机进行数据通信；微处理器1是所述装置的控制处理中心，主要用于输出各种控制信号协调各电路模块的工作，并对输入信号进行信号数据处理：对由信号处理模块4输入的信号进行数据处理得到压力数据；实时读取加速度传感器模块6输出的加速度数据，根据加速度值的大小判定是否存在异常震动。如果判定结果为存在异常震动，通过无线通信模块5向上位计算机或安装了app的用户手机发送报警信号，保存并同步上传由压力传感器3测得的压力数据、当前状态和当前时间。微处理器1或上位机可以根据同步的压力数据、当前状态和当前时间对被监测物进行故障分析，有利于快速定位故障消除故障隐患或排除故障。

值得说明的是：判定异常震动的第一阈值和第二阈值根据实践经验确定。第一阈值的选择比较重要，一般要大于监测环境正常震动的加速度值，在幅度上消除环境正常震动的影响，如可选为156mg(g为重力加速度，m表示千分之一即10^-3)。设置第二阈值即时间门限，是为了消除窄脉冲干扰信号对异常震动检测的影响。因为由于环境中电磁干扰的存在，经常有瞬时的脉冲干扰信号混入电路，如果不设置时间门限，就会将混入的脉冲干扰信号判为异常震动。

作为一种可选实施例，所述加速度传感器模块6主要由三轴数字加速度传感器组成，能够输出x、y、z三个互相垂直方向的加速度，加速度传感器模块6或微处理器1根据任一方向的加速度判定是否存在异常震动。

本实施例给出了加速度传感器模块6的一种技术方案。三轴数字加速度传感器可以同时输出x、y、z三个方向的加速度。可以根据任意一个方向的加速度值判断是否发生异常震动，即只要任意一个方向的加速度值满足条件即可判为发生异常震动。当然，只有x、y、z三个方向的加速度均不满足条件时才判为当前状态为非异常震动。

作为一种可选实施例，所述三轴数字加速度传感器为lis2dw12型芯片。lis2dw12根据x、y、z三个方向中任一方向的加速度判定是否存在异常震动，通过i²c总线将三个方向的加速度数据传送给微处理器1，通过int0、int1管脚分别与微处理器1的两个外部中断管脚相连，将表示当前状态的信号传送给微处理器1。

本实施例给出了三轴数字加速度传感器的一种技术方案。三轴数字加速度传感器选用lis2dw12tr芯片。芯片lis2dw12与微处理器1的连接方法是：通过i²c总线与微处理器1的i²c接口相连，用于向微处理器1传送三个方向的加速度数据；芯片lis2dw12的int0、int1管脚分别与微处理器1的两个外部中断管脚(如int1、int2)相连，将表示当前状态的信号传送给微处理器1。比如：当x、y、z三个方向中任一方向的加速度的绝对值超过第一阈值且持续时间超过第二阈值时，int0管脚输出高电平，int1管脚产生一个固定脉宽的高脉冲信号(触发微处理器1执行中断程序，如从睡眠中唤醒)；如果异常震动消失，int0管脚输出低电平，int1管脚也会产生一个相同的高脉冲信号(触发微处理器1执行中断程序，如切换当前状态为非异常震动)。lis2dw12tr具有很高的测量精度、设计灵活性和能耗小等优点，支持多种低功耗和低噪声设置。lis2dw12tr支持12-14位输出，多种配置方式降低系统功耗。在1.6hz数据输出速率时，低功耗模式工作电流为380na。测量量程为±2g/±4g/±8g/±16g可配置。在工业级温度范围-40℃到+85℃可获得最高0.244mg的分辨率，既可以测量动态加速度(例如震动、跌落)，也可以测量静态加速度(例如倾斜)。

作为一种可选实施例，所述装置还包括与微处理器1的复位端相连的复位模块7，复位模块7主要由型号为tmr1302-t的磁阻开关组成。

本实施例给出了一种所述装置实现遥控或无线复位操作的技术方案。由于电磁干扰的存在，所述装置有可能会因受干扰而处于死机或其它不正常状态，这时候需要重新启动。为此，设置了一个微处理器1的复位端相连的复位模块7。为了方便操作，可以不打开机壳(所述装置的大部分部件一般都安装在一个金属机壳内)就能实现复位操作，复位模块7主要由型号为tmr1302-t的磁阻开关组成。手持磁铁接近机壳就可以使磁阻开关tmr1302-t动作，输出一个低电平复位信号至微处理器1的复位端使其复位。为了实现可靠复位，可在机壳外与磁阻开关正对的位置画出复位标记，使磁铁接近复位标记便能实现可靠复位。tmr1302是一款集成了隧道磁阻(tmr)传感器和cmos技术，为高灵敏度、高速、低功耗、高精度应用而开发的全极磁开关。tmr1302采用tmr磁传感器和cmos集成电路，包括电压发生器、比较器、施密特触发器和cmos输出电路，能将变化的磁场信号转化为数字电压信号输出。tmr1302通过内部电压稳压器来提供温度补偿电源，并允许宽的工作电压范围。tmr1302以低工作电压、微安级的供电电流、高响应频率、宽的工作温度范围成为众多低功耗、高性能应用的理想选择。

作为一种可选实施例，所述供电模块2包括：电池供电电路，与电池供电电路相连的稳压电路22、升压电路23和电池电压采样电路24，电池电压采样电路24的输出端与微处理器1相连，升压电路23为无线通信模块5供电，稳压电路22为微处理器1、信号处理模块4、加速度传感器模块6和复位模块7供电；微处理器1还输出控制信号分别至升压电路23和稳压电路22的输出控制端。

本实施例给出了供电模块2的一种具体的技术方案。供电模块2主要由提供原始能源的电池供电电路21以及与其相连的稳压电路22、升压电路23和电池电压采样电路24。电池电压采样电路24的输出端与微处理器1相连，用于测量电池供电电路21的剩余电压；稳压电路22输出电压略低于电池供电电路21输出电压的直流稳定电压，为微处理器1、信号处理模块4、加速度传感器模块6和复位模块7供电。由于无线通信模块5的工作电压高于电池供电电路21的输出电压，因此需要设置一级升压电路23为其供电。本实施例的电池供电电路21采用2节锂亚硫酰氯电池，输出电压为3.7v，稳压电路22的输出电压为3.0v，升压电路23的输出电压为4.0v。另外，为了便于控制，微处理器1还输出控制信号分别至升压电路23和稳压电路22的输出控制端，可以实现对不同模块供电的单独控制。

作为一种可选实施例，所述加速度传感器模块6输出加速度数据的频率大于被监测环境正常震动频率。

本实施例给出了一种进一步消除环境正常震动对异常震动检测影响的技术方案。技术原理是：环境正常震动频率一般较低，只要使加速度数据频率大于环境正常震动频率，即可明显减弱环境正常震动对异常震动检测的影响，比如，数据频率取12.5hz。本实施例是在频域上减弱环境正常震动的影响。

作为一种可选实施例，所述无线通信模块5主要由通讯模组和天线组成，通讯模组的sim卡为esim卡或插拔式sim卡。

本实施例给出了无线通信模块5的一种技术方案。无线通信模块5包括通讯模组和与之相连的天线。通讯模组为全网通模组，使用从各运营商处获得的esim卡或插拔式sim卡，可工作于2g、nb-iot频段。

作为一种可选实施例，微处理器1或上位机根据同步的压力数据、当前状态和当前时间，按照下述方法对被监测管道进行故障分析：

如果存在异常震动，且压力由0变为有数据(非0)，异常震动是管道由空变为正常运作时产生的；

如果存在异常震动，且压力缓降或突降，异常震动是管道在外力作用下产生的，而且管道开始泄漏；

如果存在异常震动，且压力由有数据(非0)变为0，异常震动是所述装置被拆卸(或被盗)产生的；

如果存在异常震动，且压力无变化，异常震动是管道受外力作用产生的，管道仅产生形变，尚未开始泄漏。

本实施例给出了当被监测物为管道时，根据同步的压力数据、当前状态和当前时间，分析管道故障原因的一种技术方案。由于同步记录了管道发生异常震动时的压力数据随时间的变化情况，因此，可以方便地对被监管道进行故障分析。本实施例虽然只是针对被监测物为管道时的分析方法，其分析结果不能直接用于其它被监测物，但这种分析方法却具有一般意义。

作为一种可选实施例，所述装置还包括一个壳体和一个固定在壳体内部的电路板，压力传感器3和天线安装在壳体外部，供电模块2、微处理器1、加速度传感器模块6、信号处理模块4和通讯模组均安装在电路板上。

本实施例给出了所述装置的一种安装结构。所述装置还包括一个壳体和一个固定在壳体内部的电路板。除了压力传感器3和天线安装在壳体外部，供电模块2、微处理器1、加速度传感器模块6、信号处理模块和通讯模组均安装在电路板上。所述壳体一般采用金属材质，既可防止内部的电子部件被腐蚀、损坏，又能屏蔽外部电磁干扰。

上述仅对本实用新型中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本实用新型的保护范围，凡是依据本实用新型中的设计精神所做出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本实用新型的保护范围。