一种燃气管道定位系统及方法与流程

1.本发明涉及燃气管道探测技术领域，尤其涉及一种燃气管道定位系统及方法。


背景技术：

2.随着我国能源结构向低碳转型的不断推进，天然气在我国一次能源消费结构中将占据愈发重要的地位。天然气管道的保障能力是天然气行业发展的基石。目前，我国已建成由跨境管线、主干线与区域联络线、省内城际管线、城市配气网与大工业直供管线构建的全国性天然气管网，已初步形成“横跨东西、纵贯南北、联通境外”的格局。城市经过多年的翻修，燃气管道的位置数据很容易丢失，而在施工过程中，如果挖破燃气管道，会带来较大的次生灾害，对燃气管道的定位就显得十分重要。
3.在对埋地燃气管道的探测技术中，最有效也是被广泛应用的便是通过电磁波探测。该种探测仪器的原理：发射机发送特定的电磁波信号，接收机通过内部的线圈来接收特定频率的电磁波，通过自发自收的方式探测出目标管线的走向与埋深。
4.现有技术通过电磁波对燃气管道定位存在一定的局限性，该仪器对管道的埋深探测非常有限，一旦超过了其探测深度，发射机的电磁波信号从地下传回地上的过程中衰减严重，接收机无法接收到电磁波信号，接收机便显示不出管道的埋深，以及管道的走向也发生偏差。另外，该仪器对于探测过程中的一些其他噪声的干扰能力很差，这使得一些穿越河床、经过农田的顶管无法探测出走向与埋深，存在着很大的安全隐患。


技术实现要素：

5.有鉴于此，有必要提供一种燃气管道定位系统及方法，用以解决现有技术中燃气管道定位系统抗干扰能力差、探测深度浅、定位不准确的问题。
6.为达到上述技术目的，本发明采取了以下技术方案：
7.第一方面，本发明提供了一种燃气管道定位系统，包括：采集模块、滤波模块、收听模块以及分析模块；采集模块与滤波模块电连接；滤波模块分别与收听模块和分析模块电连接；
8.其中，采集模块用于采集燃气管道的探测信号；滤波模块用于根据探测信号筛选出预设频率范围的探测信号；收听模块用于将预设频率范围的探测信号输出给接听设备；分析模块用于对预设频率范围的探测信号进行定量分析，确定燃气管道的位置和埋深。
9.优选的，滤波模块包括：ltc1068芯片、电阻、电容；ltc1068芯片的五号、六号、七号引脚并接在一起，并通过电容c10与ltc1068芯片的八号引脚电连接；ltc1068芯片的八号引脚还通过电阻r37接第一输入电压；ltc1068芯片的二十三号引脚通过电阻r35接第二输入电压；ltc1068芯片的十七号引脚为输出引脚，分别与收听模块以及分析模块电连接。
10.优选的，收听模块包括：lm4811芯片、放大器ar3、电阻、电容以及接插件p3；放大器ar3的四号引脚接第二输入电压；放大器ar3的二号引脚为输入引脚，与ltc1068芯片的十七号引脚电连接；放大器ar3的六号引脚为输出引脚，通过电容c58与lm4811芯片的二号引脚
电连接；lm4811芯片的一号引脚通过电容c59与接插件p3的一号引脚电连接；lm4811芯片的九号引脚与接插件p3的二号引脚电连接。
11.优选的，分析模块包括：ada4941-1芯片、ads1259芯片、放大器ar2、电阻、电容、晶振y1；放大器ar2的二号引脚为输入引脚，与ltc1068芯片的十七号引脚电连接；放大器ar2的七号引脚接第一输入电压；放大器ar2的六号引脚为输出引脚，通过电阻r10与ads1259芯片的一号引脚电连接；ada4941-1芯片的三号引脚接第一电压输入；ada4941-1芯片的四号、五号引脚并接在一起，分别与ads1259芯片的一号、二号引脚电连接；ads1259芯片的十一号、十二号引脚通过晶振y1并接在一起。
12.优选的，还包括电源模块，电源模块包括：充电模块、监测模块、第一电压输出模块、第二电压输出模块以及第三电压输出模块；充电模块分别与监测模块、第一电压输出模块、第二电压输出模块以及第三电压输出模块电连接；
13.其中，充电模块用于存储外接电源，并为燃气管道定位系统供电；监测模块用于监测充电模块电压状态；第一电压输出模块用于提供第一电压；第二电压输出模块用于提供第二电压；第三电压输出模块用于提供第三电压。
14.优选的，充电模块包括：tp4056芯片、接插件p4、双头二极管led2c、电阻、电容；tp4056芯片的四号引脚通过电阻r7与接插件p4的二号引脚电连接；tp4056芯片的六号、七号引脚分别通过电阻r11、r10与双头二极管led2c的两阴极端电连接、tp4056芯片的五号引脚与监测模块电连接。
15.优选的，监测模块包括：max17043芯片、电阻、电容；max17043芯片的一号、九号引脚并接在一起；max17043芯片的二号引脚通过电容c20与九号引脚并接在一起，通过电阻r6、r8与max17043芯片的三号引脚并接在一起；max17043芯片的三号引脚还通过电容c22接地。
16.优选的，第三电压输出模块包括：tlv61046芯片、转换模块、电感l1、电阻、电容；tlv61046芯片的一号引脚通过电感l1与tlv61046芯片的六号引脚并接在一起；tlv61046芯片的六号引脚接充电模块；tlv61046芯片的五号引脚与转换模块的三号引脚电连接；转换模块的一号引脚为输出引脚，通过电阻r15与转换模块的二号引脚电连接。
17.优选的，电源模块还包括保护模块，保护模块的两端分别接充电模块和监测模块；保护模块包括：接插件p2、保险丝f1、电池bt2、电容；接插件p2的一号引脚通过保险丝f1与监测模块电连接；接插件p2的二号引脚与电池bt2的正极电连接；电池bt2的负极接地；接插件p2的二号引脚还与充电模块电连接。
18.第二方面，本发明还提供了一种燃气管道定位方法，基于上述任一种实现方式中的燃气管道定位系统，包括：
19.滤波模块将燃气管道定位系统中的探测信号进行筛选，得到预设频率范围的探测信号；
20.收听模块根据预设频率范围的探测信号，确定震动源的位置信息；
21.分析模块根据预设频率范围的探测信号，对震动情况进行分析。
22.采用上述实施例的有益效果是：本发明提供的一种燃气管道定位系统及方法，通过滤波模块对放大采集后的探测信号进行筛选，得到满足预设频率范围的探测信号，排除了干扰信号对燃气管道定位的干扰，以进一步根据所述预设频率范围的探测信号确定燃气
管道的位置以及具体的掩埋深度。通过筛选得到满足预设频率范围的探测信号能够减少了噪声信号的影响，从而提高了探测信号中的信噪比，也即提高了燃气管道定位以及埋深检测的准确性。
附图说明
23.图1为本发明提供的燃气管道定位系统的一实施例的结构示意图；
24.图2为本发明提供的滤波模块的一实施例的电路原理图；
25.图3为本发明提供的收听模块的一实施例的电路原理图；
26.图4为本发明提供的分析模块的一实施例的电路原理图；
27.图5为本发明提供的采集模块的一实施例的结构示意图；
28.图6为本发明提供的充电模块的一实施例的电路原理图；
29.图7为本发明提供的监测模块的一实施例的电路原理图；
30.图8为本发明提供的第三电压输出模块的一实施例的电路原理图；
31.图9为本发明提供的保护模块的一实施例的电路原理图。
具体实施方式
32.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
33.在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
34.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
35.本发明提供了一种燃气管道定位系统及方法，以下分别进行说明。
36.请参阅图1，图1为本发明提供的燃气管道定位系统的一实施例的结构示意图，本发明的一个具体实施例，公开了一种燃气管道定位系统，包括：采集模块20、滤波模块30、收听模块40以及分析模块50；采集模块20与滤波模块30电连接；滤波模块30分别与收听模块40和分析模块50电连接；
37.其中，采集模块20用于采集燃气管道的探测信号；滤波模块30用于根据探测信号筛选出预设频率范围的探测信号；收听模块40用于将预设频率范围的探测信号输出给接听设备；分析模块50用于对预设频率范围的探测信号进行定量分析，确定燃气管道的位置和埋深。
38.在上述实施例中，采集模块20通过常规采集技术进行信号采集，例如加速度传感器，需要说明的是，采集模块20采集的探测信号为提前调制好并输送进燃气管道的声音信号，对于如何调制声音信号，怎么输送至燃气管道已有大量现有技术说明，本发明在此不做进一步赘述，另外，对于声音信号的选择需要根据实际情况选择合适频率的声音信号，本发明对声音信号的选择不做进一步限制，只需要选择的声音信号能满足对燃气管道的定位即可；滤波模块30对采集到的探测信号进行滤波处理，并将滤波后的探测信号分为两路，分别发送给收听模块40和分析模块50；本实施例中的接听设备为耳机，收听模块40与耳机连接，
通过耳机接听信号；分析模块50通过定量分析，确定燃气管道的位置以及具体掩埋深度。需要说明的是，预设频率范围的探测信号根据实际情况进行设置，本发明对预设频率范围不做进一步限制。
39.可以理解的是，当接听设备(如耳机)在接听到探测信号后，人工或者音频视频设备能够根据探测信号的大小、远近等信息判断探测信号的来源和出处，从而实现“听诊”，即定位到燃气管道的大概位置。
40.进一步需要理解的是，分析模块50可以是具有分析能力的处理器，机器人、数据处理设备等，当接收到经过筛选的探测信号后根据信号的大小、强度、幅值、频率等计算分析出燃气管道的具体位置以及其掩埋深度。
41.与现有技术相比，本实施例提供的一种燃气管道定位系统，滤波模块30对放大后的探测信号进行筛选，得到满足预设频率范围的探测信号，以进一步根据所述预设频率范围的探测信号确定燃气管道的位置以及具体的掩埋深度，排除了干扰信号对燃气管道定位的干扰，并且减少了噪声信号，从而提高了探测信号中的信噪比，也即提高了燃气管道定位以及埋深探测的准确性。
42.请参阅图2，图2为本发明提供的滤波模块的一实施例的电路原理图，在本发明的一些实施例中，滤波模块30包括：ltc1068芯片、电阻、电容；ltc1068芯片的五号、六号、七号引脚并接在一起，并通过电容c10与ltc1068芯片的八号引脚电连接；ltc1068芯片的八号引脚还通过电阻r37接第一输入电压；ltc1068芯片的二十三号引脚通过电阻r35接第二输入电压；ltc1068芯片的十七号引脚为输出引脚，分别与收听模块40以及分析模块50电连接。
43.在上述实施例中，ltc1068是4通道通用滤波器，它有很低的失调电流、漂移电流和偏置电流，并且具有很高的动态范围，达到截止频率的200倍时无混叠现象，工作电压为 1.5v～ 5v，ltc1068的每一个2阶通道的3个输出端都可以驱动同轴电缆或过载阻抗小于20kω的电路，这样可以降低总体的谐波失真。
44.需要说明的是，滤波模块30的控制中心由stm32f405组成，该模块主要完成下列工作：1、键盘的输入和lcd的显示；2、可编程带通滤波器的选通频率设置；3、lm4811组成的音量控制。
45.在本实施例中，通过ltc1068芯片基于实际频率设置范围对探测信号进行滤波，能够将探测信号转换为具有预设频率范围的探测信号。
46.请参阅图3，图3为本发明提供的收听模块的一实施例的电路原理图，在本发明的一些实施例中，收听模块40包括：lm4811芯片、放大器ar3、电阻、电容以及接插件p3；放大器ar3的四号引脚接第二输入电压；放大器ar3的二号引脚为输入引脚，与ltc1068芯片的十七号引脚电连接；放大器ar3的六号引脚为输出引脚，通过电容c58与lm4811芯片的二号引脚电连接；lm4811芯片的一号引脚通过电容c59与接插件p3的一号引脚电连接；lm4811芯片的九号引脚与接插件p3的二号引脚电连接。
47.在上述实施例中，lm4811是一款双音频功率放大器，能够为每通道连续平均功率提供105mw的16ω负载，音频功率放大器专为提供高质量输出功率而设计，只需极少量的外部元件，由于lm4811不需要自举电容或缓冲网络，因此非常适合低功耗便携式系统。单位增益稳定的lm4811还具有外部控制，高电平有效，微功耗关断模式，可以方便地对燃气管道进行定位探测。
48.通过lm4811芯片和放大器ar3对预设频率范围的探测信号进行适当放大，然后输送给接听设备，作为优选的实施例，本发明采用的接听设备为耳机，通过耳机由工作人员接听，并判断漏损位置。
49.请参阅图4，图4为本发明提供的分析模块的一实施例的电路原理图，在本发明的一些实施例中，分析模块50包括：ada4941-1芯片、ads1259芯片、放大器ar2、电阻、电容、晶振y1；放大器ar2的二号引脚为输入引脚，与ltc1068芯片的十七号引脚电连接；放大器ar2的七号引脚接第一输入电压；放大器ar2的六号引脚为输出引脚，通过电阻r10与ads1259芯片的一号引脚电连接；ada4941-1芯片的三号引脚接第一电压输入；ada4941-1芯片的四号、五号引脚并接在一起，分别与ads1259芯片的一号、二号引脚电连接；ads1259芯片的十一号、十二号引脚通过晶振y1并接在一起。
50.在上述实施例中，ada4941-1是一款低功耗、低噪声差分驱动器，用于驱动对功耗敏感的系统中最高18位分辨率adc。它采用易于使用的单端至差分配置，无需外部元件就能获得增益为2的配置。增加电阻反馈网络便可实现大于2的增益，同时提供驱动高分辨率adc所需的低失真和高信噪比(snr)等重要特性。ada4941-1具有宽输入电压范围(采用5v单电源时0v至3.9v)、轨到轨输出、高输入阻抗和用户可调增益，可用于驱动包括电池供电设备和单电源数据采集系统等各种低功耗应用中的单电源、差分输入adc。
51.可以理解的是，ada4941-1芯片根据筛选后的预设频率范围的探测信号，对其振幅进行定量分析，根据振幅的具体数值进行分类，再由ads1259芯片根据ada4941-1芯片的分类结果，判断出燃气管道的位置和掩埋深度。
52.请参阅图5，图5为本发明提供的采集模块的一实施例的结构示意图，在本发明的一些实施例中，还包括电源模块10，电源模块10包括：充电模块101、监测模块102、第一电压输出模块103、第二电压输出模块104以及第三电压输出模块105；充电模块101分别与监测模块102、第一电压输出模块103、第二电压输出模块104以及第三电压输出模块105电连接；
53.其中，充电模块101用于存储外接电源，并为燃气管道定位系统供电；监测模块102用于监测充电模块101电压状态；第一电压输出模块103用于提供第一电压；第二电压输出模块104用于提供第二电压；第三电压输出模块105用于提供第三电压。
54.在上述实施例中，电源模块10采用锂电池进行供电，锂电池具有高充电密度、长寿命和高单位成本等特点，能够进行多次充放电，可以提供3种输出电压，第一电压输出为av 2.5v电压，第二电压输出为av-2.5v电压，第三电压输出为av 24v电压。本发明中的燃气管道定位系统具有多个电子元件，根据他们的工作电压不同，需要多种电压输入，以保证电路的正常运行。
55.请参阅图6，图6为本发明提供的充电模块的一实施例的电路原理图，在本发明的一些实施例中，充电模块101包括：tp4056芯片、接插件p4、双头二极管led2c、电阻、电容；tp4056芯片的四号引脚通过电阻r7与接插件p4的二号引脚电连接；tp4056芯片的六号、七号引脚分别通过电阻r11、r10与双头二极管led2c的两阴极端电连接、tp4056芯片的五号引脚与监测模块102电连接。
56.在上述实施例中，tp4056是一款完整的单节锂离子电池采用恒定电流/恒定电压进行线性充电的充电器，其底部带有散热片的sop8封装与较少的外部元件数目使得tp4056成为便携式应用的理想选择。tp4056可以适合usb电源和适配器电源工作。当输入电压(交
流适配器或usb电源)被拿掉时，tp4056自动进入一个低电流状态，将电池漏电流降至2ua以下，tp4056在有电源时也可置于停机模式，以而将供电电流降至55ua，tp4056的其他特点包括电池温度检测、欠压闭锁、自动再充电和两个用于指示充电、结束的led状态引脚。
57.本发明提供的燃气管道定位系统是由锂离子电池进行供电的，通过tp4056芯片能够实现对单节锂离子电池的稳定充电，再由锂离子电池对整个系统进行供电，以便满足随时对燃气管道进行定位探测的需要。
58.请参阅图7，图7为本发明提供的监测模块的一实施例的电路原理图，在本发明的一些实施例中，监测模块102包括：max17043芯片、电阻、电容；max17043芯片的一号、九号引脚并接在一起；max17043芯片的二号引脚通过电容c20与九号引脚并接在一起，通过电阻r6、r8与max17043芯片的三号引脚并接在一起；max17043芯片的三号引脚还通过电容c22接地。
59.在上述实施例中，max17043芯片为结构紧凑、低成本、主机侧电量计，用于手持及便携产品的锂离子(li )电池的电量计量，配置为单节锂电池计量，在整个充/放电过程中连续跟踪电池的相对充电状态(soc)，仅支持单节锂电池计量或者锂电池的并联计量。
60.max17043芯片能够对锂离子的电池电量进行检测，一方面在对锂离子电池进行充电的过程中防止锂离子电池因为过充影响锂离子电池的使用寿命，避免其对整个系统造成损坏；另一方面在对锂离子电池进行放电的过程中防止锂离子电池因为过放影响其探测效果，也避免在探测的过程中锂离子电池的电量耗尽。
61.请参阅图8，图8为本发明提供的第三电压输出模块的一实施例的电路原理图，在本发明的一些实施例中，第三电压输出模块105包括：tlv61046芯片、转换模块、电感l1、电阻、电容；tlv61046芯片的一号引脚通过电感l1与tlv61046芯片的六号引脚并接在一起；tlv61046芯片的六号引脚接充电模块101；tlv61046芯片的五号引脚与转换模块的三号引脚电连接；转换模块的一号引脚为输出引脚，通过电阻r15与转换模块的二号引脚电连接。
62.在上述实施例中，tlv61046是一款高度集成的升压转换器，专为pmoled面板、lcd偏置电源和传感器模块等应用设计。tlv61046集成了30v电源开关、输入至输出的隔离开关以及整流器二极管。该器件可将来自一节锂离子电池或两节碱性电池(串联)的输入电压转换成高达28v的输出电压。tlv61046还具有输出短路保护、输出过压保护和热关断功能。
63.请参阅图9，图9为本发明提供的保护模块的一实施例的电路原理图，在本发明的一些实施例中，电源模块10还包括保护模块106，保护模块的两端分别接充电模块101和监测模块102；保护模块106包括：接插件p2、保险丝f1、电池bt2、电容；接插件p2的一号引脚通过保险丝f1与监测模块102电连接；接插件p2的二号引脚与电池bt2的正极电连接；电池bt2的负极接地；接插件p2的二号引脚还与充电模块101电连接。
64.在上述实施例中，保护模块106连接在充电模块101和监测模块102中间，通过接插件p2将充电模块101和监测模块102连接起来。保护模块106的保险丝在电路的电压超过其上限时会烧断，使电路断路，从而起到了保护电路的作用，避免因故障出现大电压或者大电流，烧坏电路中的元件。
65.需要说明的是，在滤波模块30之前，还具有一个放大模块，该放大电路能够对采集的探测信号进行放大，由于传感器拾取到的微震信号极其微弱，极易受到外界随机干扰噪声的影响，极大妨碍了有效信号拾取，通过放大模块进行放大，可以直接影响到检漏工作时
分析的准确性和可靠性。
66.传统的拾音器探头内部只有一个单分量传感器，本次发明的新型传感器阵列增加芯体数量，从空间角度提高同一方向信号采集的通道数量，增加通道数据样本。
67.本发明还提供了一种燃气管道定位方法，基于上述任一种实现方式中的燃气管道定位系统，包括：
68.滤波模块将燃气管道定位系统中的探测信号进行筛选，得到预设频率范围的探测信号；
69.收听模块根据预设频率范围的探测信号，确定震动源的位置信息；
70.分析模块根据预设频率范围的探测信号，对震动情况进行分析。
71.在上述实施例中，将采集到的探测信号进行初步放大，便于后续操作，再通过滤波模块30对探测信号进行筛选，提高探测信号的信噪比，减少干扰信号，从而提高了燃气管道定位系统的抗干扰的能力，由lm4811组成耳机驱动放大器将探测信号输出到耳机，再由工作人员根据声音大小初步判定漏损管线的位置。还需要通过ads1259进行数据采集，再经arm进行定量分析，确定燃气管道的位置和埋深。
72.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。