一种天然气管道泄漏检测与定位系统的制作方法

本实用新型涉及天然气管道检测技术领域，具体地说，特别涉及一种天然气管道泄漏检测与定位系统。

背景技术：

在居民生活、工商业用户、尤其北方冬季取暖中，天然气在城市能源供应中发挥着十分重要的作用。然而由于天然气管道长期埋设于地下，土壤中通常含有大量水分子，水中离子与管道接触发生电荷转移，表面金属元素发生氧化还原反应，逐渐变成离子溶解在水中，随着时间的增长，造成管道腐蚀，发生气损现象，从而造成经济损失，甚至发生天然气泄漏事故，对人民生命安全构成直接威胁。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，公开了一种天然气管道泄漏检测与定位系统，其通过声波对管道进行检测，不受管道环境的影响，可靠性和稳定性好，易于维护和操作性强，检测和定位精度高且工作效率高。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种天然气管道泄漏检测与定位系统，包括压力传感器、电压信号采集模块、a/d信号处理模块、工控机、gps模块和上位机，所述压力传感器与电压信号采集模块连接，所述电压信号采集模块与a/d信号处理模块连接，所述a/d信号处理模块与工控机连接，所述工控机与上位机相连，所述gps模块与工控机连接，所述工控机中安装有lcd显示模块和声光报警器。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述电压信号采集模块由电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电阻r16、变阻器rw1、变阻器rw2、变阻器rw3、二极管vd1、二极管vd2、二极管vd3、运算放大器a1、运算放大器a2和三极管vt1组成，所述电阻r5右端和电阻r6左端都与运算放大器a1的正输入端连接，所述电阻r7上端与运算放大器a1的负输入端连接，所述电阻r6右端与变阻器rw1左端连接，所述变阻器rw1右端和电阻r12左端都与运算放大器a1的输出端连接，所述电阻r12右端、电阻r9下端和电阻r11左端都与运算放大器a2的正输入端连接，所述电阻r10左端分别与变阻器rw2上端和二极管vd1上端连接，所述变阻器rw2下端和二极管vd1下端都接地，所述电阻r13右端和电阻r14上端都与运算放大器a2的负输入端连接，所述电阻r14下端与二极管vd2上端连接，所述电阻r11右端与变阻器rw3左端连接，所述变阻器rw3右端、二极管vd3下端和电阻r16上端都与三极管vt1的发射极连接，所述电阻r15左端与运算放大器a2的输出端连接，所述电阻r15右端和二极管vd3上端都与三极管vt1的基极连接。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述a/d信号处理模块由电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r8、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、电容c6、电容c7、电容c8、晶振x1、模数转换器ad7705和基准电压源芯片ref195组成，所述电阻r1右端与模数转换器ad7705的引脚6连接，所述电阻r3右端与模数转换器ad7705的引脚11连接，所述电容c5右端和电容c6右端都与电阻r2下端连接，所述电阻r2上端与模数转换器ad7705的引脚7连接，所述电容c6左端和电容c7右端都与电阻r8下端连接，所述电阻r8上端与模数转换器ad7705的引脚8连接，所述电容c1左端和晶振x1上端都与模数转换器ad7705的引脚2连接，所述晶振x1下端和电容c2左端都与模数转换器ad7705的引脚3连接，所述电容c3左端和电阻r4左端都与模数转换器ad7705的引脚5连接，所述电容c8上端与基准电压源芯片ref195的引脚6连接，所述电容c4上端与模数转换器ad7705的引脚9连接，所述电容c4下端和电容c8下端都接地。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述电压信号采集模块中的运算放大器a1和运算放大器a2都采用运算放大器rc4558。

本实用新型中上位机首先通过有线传输方式，向工控机发送采集命令，工控机开始启动压力传感器进行数据采集操作；在此过程中，管道两端位于泄漏点两侧的压力传感器获取到模拟电压信号后，电压信号采集模块对压力传感器采集到的模拟电压信号进行滤波和放大处理后，输出稳定电流信号，并将稳定电流信号发送至模数转换器ad7705进行处理；转换后的数字信号传输到工控机中，而工控机采用有线传输方式传输到上位机上；当上位机获得信号后，一方面对采集的泄漏声波信号进行波形显示，另一方面根据输气管道两端的泄漏信号，基于声波理论，利用相关算法，对输气管道的泄漏点及时进行报警并估测泄漏点位置，对管道泄漏点进行实时定位，并存储显示历史泄漏点信息等任务。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：通过声波进行检测，所以其不受管道环境的影响，可靠性和稳定性好，易于维护和操作性强，检测和定位精度高且工作效率高。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型电压信号采集模块的电路图；

图3为本实用新型a/d信号处理模块的电路图；

图4为本实用新型的工作流程图；

图5为本实用新型天然气管道泄露定位示意图。

附图标记说明：

1：压力传感器，2：电压信号采集模块，3：a/d信号处理模块，4：工控机，5：gps模块，6：上位机；

r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10、r11、r12、r13、r14、r15、r16：电阻，rw1、rw2、rw3：变阻器，a1、a2：运算放大器，vd1、vd2、vd3：二极管，vt1：三极管，c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8：电容，x1：晶振，ad7705：模数转换器，ref195：基准电压源芯片。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本实用新型具体实施方式：

需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1～5所示，其示出了本实用新型的具体实施方式，如图所示，本实用新型公开的一种天然气管道泄漏检测与定位系统，包括压力传感器1、电压信号采集模块2、a/d信号处理模块3、工控机4、gps模块5和上位机6，所述压力传感器1与电压信号采集模块2连接，所述电压信号采集模块2与a/d信号处理模块3连接，所述a/d信号处理模块3与工控机4连接，所述工控机4与上位机6相连，所述gps模块5与工控机4连接，所述工控机4中安装有lcd显示模块和声光报警器。天然气管道发生泄漏后，泄漏点处会发出声波信号，可以得到泄漏点的位置；如图5所示，设有一段天然气管道，在管道两端分别设置声波信号采集装置p1与p2，p1与p2间的管段长度位l，管道上漏点至p2的距离位xl，泄漏的天然气与管道、周围介质相互作用产生声波，声波以管道内的波速v向管道两端传播，并于时刻t和t-t0分别被p1与p2所捕捉，对捕捉到的信号进行相关分析得到时间差t0，已知声速v，即可根据下式进行定位：

xl＝(l-vt0)/2

其中，xl—p2至泄漏点距离，m；l—p1与p2之间的距离，m；v—声波波速，m/ms。

优选的，所述电压信号采集模块2由电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电阻r16、变阻器rw1、变阻器rw2、变阻器rw3、二极管vd1、二极管vd2、二极管vd3、运算放大器a1、运算放大器a2和三极管vt1组成，所述电阻r5右端和电阻r6左端都与运算放大器a1的正输入端连接，所述电阻r7上端与运算放大器a1的负输入端连接，所述电阻r6右端与变阻器rw1左端连接，所述变阻器rw1右端和电阻r12左端都与运算放大器a1的输出端连接，所述电阻r12右端、电阻r9下端和电阻r11左端都与运算放大器a2的正输入端连接，所述电阻r10左端分别与变阻器rw2上端和二极管vd1上端连接，所述变阻器rw2下端和二极管vd1下端都接地，所述电阻r13右端和电阻r14上端都与运算放大器a2的负输入端连接，所述电阻r14下端与二极管vd2上端连接，所述电阻r11右端与变阻器rw3左端连接，所述变阻器rw3右端、二极管vd3下端和电阻r16上端都与三极管vt1的发射极连接，所述电阻r15左端与运算放大器a2的输出端连接，所述电阻r15右端和二极管vd3上端都与三极管vt1的基极连接。电压信号采集模块2主要作用是在工控机4采集信号时对输入信号进行有效放大，其工作过程是将输入的0～4mv模拟电压信号，先通过运算放大器a1进行电压信号的放大，再经过运算放大器a2放大为4～20ma的标准电流信号。

优选的，所述a/d信号处理模块3由电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r8、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、电容c6、电容c7、电容c8、晶振x1、模数转换器ad7705和基准电压源芯片ref195组成，所述电阻r1右端与模数转换器ad7705的引脚6连接，所述电阻r3右端与模数转换器ad7705的引脚11连接，所述电容c5右端和电容c6右端都与电阻r2下端连接，所述电阻r2上端与模数转换器ad7705的引脚7连接，所述电容c6左端和电容c7右端都与电阻r8下端连接，所述电阻r8上端与模数转换器ad7705的引脚8连接，所述电容c1左端和晶振x1上端都与模数转换器ad7705的引脚2连接，所述晶振x1下端和电容c2左端都与模数转换器ad7705的引脚3连接，所述电容c3左端和电阻r4左端都与模数转换器ad7705的引脚5连接，所述电容c8上端与基准电压源芯片ref195的引脚6连接，所述电容c4上端与模数转换器ad7705的引脚9连接，所述电容c4下端和电容c8下端都接地。a/d信号处理模块3将电压信号采集模块2得到的标准电流信号进行采集处理，并通过工控机4变换为数字信号，再传输至上位机进行相关数据的存储显示等，其工作过程如下：通电时输入引脚reset处于低电平，复位所有的逻辑、数据滤波器和模拟调试器，将所有的片内寄存器设置到其默认状态，使用芯片ref195产生5v基准电压供给ad7705作为参考电压，同时作为压力传感器的激励电流源。

优选的，所述电压信号采集模块2中的运算放大器a1和运算放大器a2都采用运算放大器rc4558。

本实用新型中上位机6首先通过有线传输方式，向工控机4发送采集命令，工控机4开始启动压力传感器1进行数据采集操作；在此过程中，管道两端位于泄漏点两侧的压力传感器1获取到模拟电压信号后，电压信号采集模块2对压力传感器1采集到的模拟电压信号进行滤波和放大处理后，输出稳定电流信号，并将稳定电流信号发送至模数转换器ad7705进行处理；转换后的数字信号传输到工控机4中，而工控机4采用有线传输方式传输到上位机6上；当上位机6获得信号后，一方面对采集的泄漏声波信号进行波形显示，另一方面根据输气管道两端的泄漏信号，基于声波理论，利用相关算法，对输气管道的泄漏点及时进行报警并估测泄漏点位置，对管道泄漏点进行实时定位，并存储显示历史泄漏点信息等任务。

上面结合附图对本实用新型优选实施方式作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本实用新型的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本实用新型不限于特定的实施方式，本实用新型的范围由所附权利要求限定。