本發(fā)明涉及一種檢測和定位裝置，特別是涉及一種管道泄漏檢測和定位裝置。

背景技術：

輸油管道是石油生產和運輸?shù)闹匾h(huán)節(jié)。然而，因管線增多和管齡老舊等不確定性因素造成的管道泄漏問題，不可避免的會給人們的生命財產和生存環(huán)境造成巨大的危害。因此，為確保輸油管線安全運行，減少泄漏事故造成的財產損失和安全事故，研究具有更高可靠性和準確性的管道泄漏檢測技術，具有重要的實際應用價值。

目前普遍使用的技術是通過設定盡可能多的設置檢測點，從而獲得大量管道運行數(shù)據(jù)實現(xiàn)對管道泄漏的檢測，同時在總監(jiān)控室分析泄漏情況，這種檢測裝置通常是針對某一具體工況環(huán)境而專門設計開發(fā)的，通用性差開發(fā)成本高，開發(fā)周期長，且移動不便，使用起來非常不靈活；另外，傳統(tǒng)輸油管道定位方法不準確，通常在控制室只能得到大概的位置，這種估算的位置與實際地點會產生很大的誤差，使得管道維護人員在定位泄漏點時產生了更大的附加困難。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的檢測裝置存在靈活性差、定位不準確的問題?，F(xiàn)提供一種管道泄漏檢測和定位裝置。

一種管道泄漏檢測和定位裝置，它包括兩個遠程檢測卡和手持終端設備，

遠程檢測卡與手持終端設備實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸，兩個遠程檢測卡分別安裝在管道兩端，

每個遠程檢測卡包括n個壓力波傳感器、控制模塊和一號GSM模塊，n為正整數(shù)，

手持終端設備包括型號為處理器、二號GSM模塊和定位模塊，

定位模塊包括串口切換模塊、GPS模塊和北斗導航模塊，

每個遠程檢測卡中的壓力波傳感器，用于檢測管道泄漏點傳給管道兩端的壓力波變化，

控制模塊，用于接收壓力波變化，根據(jù)檢測到的壓力波時刻和壓力波向兩端管道傳播的速度v，獲得管道泄漏的時刻，進而確定管道兩端分別到達泄露點的距離，將管道泄漏的具體位置通過一號GSM模塊以短信的方式傳輸給二號GSM模塊，

處理器，用于接收二號GSM模塊傳輸?shù)墓艿佬孤┑木唧w位置，通過串口切換模塊啟動GPS模塊或北斗導航模塊引導維護人員前往管道泄露地點。

根據(jù)一種管道泄漏檢測和定位裝置，控制模塊，用于接收壓力波變化，根據(jù)檢測到的壓力波時刻和壓力波向兩端管道傳播的速度v，獲得管道泄漏的時刻，進而確定管道兩端分別到達泄露點的距離的具體過程為：

步驟A1、首先將兩個遠程檢測卡分別安裝在管道的兩端，其中，每個遠程檢測卡內有1個壓力波傳感器，兩端壓力波傳感器檢測到壓力波的時刻分別為t₁和t₂，當管道中某一點位置發(fā)生泄漏后，假設該泄露時刻為t₀，壓力波會以速度v向管道的兩端傳播，已知管道兩端之間的距離為L，則有公式：

v(t₁-t₀)+v(t₂-t₀)＝L 公式1，

整理公式1，有：

步驟A2、根據(jù)步驟一中的泄露時刻及公式：

l_p＝|(t₁-t₀)v| 公式3和l_q＝|(t₂-t₀)v| 公式4，

最終確定管道的兩端分別距離泄露點的距離l_p和l_q。

根據(jù)一種管道泄漏檢測和定位裝置，控制模塊，用于接收壓力波變化，根據(jù)檢測到的壓力波時刻和壓力波向兩端管道傳播的速度v，獲得管道泄漏的時刻，進而確定管道兩端分別到達泄露點的距離的具體過程為：

步驟B1、首先將兩個遠程檢測卡分別安裝在管道的兩端，其中，每個遠程檢測卡內有4個壓力波傳感器，兩個遠程檢測卡分別對各自的4個壓力波傳感器進行30次壓力波采樣，采集每個壓力波傳感器的采樣數(shù)據(jù)，剔除每個壓力波傳感器采集數(shù)據(jù)中的最大值和最小值，計算剩余28組數(shù)據(jù)所對應的時刻平均值t₃，利用該平均值t₃、向管道的兩端傳播壓力波的速度v和每個壓力波傳感器檢測到的壓力波的時刻t₄，獲得該壓力傳感器檢測到的泄露點的位置l₁：

l₁＝|(t₄-t₃)v| 公式3，

步驟B2、對管道每端上的4個壓力波傳感器檢測到的泄露點的位置取平均值1次，從而獲得該端檢測到的泄漏點位置；

步驟B3、按照步驟B1至步驟B2再重復操作19次，一共得到20組泄漏點位置數(shù)據(jù)Dis＝{D1,D2...D20}，根據(jù)公式：|D_i-D_i-1|<β進行篩選，計算20組數(shù)據(jù)內任意兩組數(shù)據(jù)之間的絕對差值，i∈[1,20]取正整數(shù)，β為最小約束參數(shù)，0<β<1；

步驟B4、將步驟B3中所有絕對差值小于β的數(shù)據(jù)再次取平均值，并作為最終確定的泄漏點位置。

本發(fā)明的有益效果：

遠程檢測卡上設有控制模塊，一號GSM模塊和壓力波傳感器模塊，壓力波傳感器用于采集管道的壓力波信號，傳給控制模塊，控制模塊，用于接收壓力波變化，根據(jù)檢測到的壓力波時刻和壓力波向兩端管道傳播的速度v，獲得管道泄漏的時刻，進而確定管道兩端分別到達泄露點的距離，將管道泄漏的具體位置通過一號GSM模塊以短信的方式傳輸給二號GSM模塊，手持終端設備可靈活采用GPS和北斗導航模塊定位泄露的位置，兩種定位方式，適應性更好。緊湊的手持式終端設計在使成本大大降低的同時，也為管道維修和管理人員帶來了極大的方便。維修人員隨著GPS和北斗導航模塊顯示的定位位置前往泄漏點，手持終端設備會根據(jù)維護人員與泄漏點距離驅動提醒電路，距離越近提醒電路的閃爍指示燈閃爍頻率越高，蜂鳴器報警聲音月急促，反之，則聲光提示頻率降低。

附圖說明

圖1為具體實施方式一所述的一種管道泄漏檢測和定位裝置的原理示意圖；

圖2為遠程檢測卡的電路原理圖；

圖3為型號為STM32F103VBH6的處理器與串口切換模塊連接的電路原理圖；

圖4為串口切換模塊和GPS模塊連接的電路原理圖；

圖5為串口切換模塊和北斗導航模塊連接的電路原理圖；

圖6為型號為STM32F103VBH6的處理器和提醒電路連接的電路原理圖；

圖7為雙電源電路的電路原理圖；

圖8為型號為STM32F103VBH6的處理器和按鍵連接的電路原理圖；

圖9為處理器和觸控顯示屏連接的電路原理圖；

圖10為控制模塊實現(xiàn)定位的說明圖。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式所述的一種管道泄漏檢測和定位裝置，它包括兩個遠程檢測卡1和手持終端設備2，

遠程檢測卡1與手持終端設備2實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸，兩個遠程檢測卡1分別安裝在管道兩端，

每個遠程檢測卡1包括n個壓力波傳感器1-1、控制模塊1-2和一號GSM模塊1-3，n為正整數(shù)，

手持終端設備2包括型號為處理器2-1、二號GSM模塊2-2和定位模塊，

定位模塊包括串口切換模塊2-3、GPS模塊2-4和北斗導航模塊2-5，

每個遠程檢測卡1中的壓力波傳感器1-1，用于檢測管道泄漏點傳給管道兩端的壓力波變化，

控制模塊1-2，用于接收壓力波變化，根據(jù)檢測到的壓力波時刻和壓力波向兩端管道傳播的速度v，獲得管道泄漏的時刻，進而確定管道兩端分別到達泄露點的距離，將管道泄漏的具體位置通過一號GSM模塊1-3以短信的方式傳輸給二號GSM模塊2-2，

處理器2-1，用于接收二號GSM模塊2-2傳輸?shù)墓艿佬孤┑木唧w位置，通過串口切換模塊2-4啟動GPS模塊2-5或北斗導航模塊2-6引導維護人員前往管道泄露地點。

本實施方式中，型號為的STM32F103VBH6處理器2-1通過串行接口UART0與二號GSM模塊2-3連接；通過串行接口UART1與GPS和北斗導航模塊鏈接；通過串行接口UART2與藍牙接口鏈接。

如圖6所示，提醒電路采用聲音和閃光兩種方式作為提示功能電路，提醒電路用PNP型三極管作為蜂鳴器功率放大原件，2k電阻起到限流作用，發(fā)光二極管直接與STM32處理器引腳連接，通過處理器的引腳控制發(fā)光二極管閃爍的頻率及亮度，發(fā)光二極管與電源之間連接200歐姆電阻R10；

如圖8所示，按鍵電路設計有三個控制按鍵，按鍵的1端連接有接地端，另一端分別連接三個2k歐姆的上拉電阻，并將該端與STM32處理器引腳連接，三個上拉電阻另一端與3.3V電源連接；

藍牙模塊采用的是基于NRF2401芯片的藍牙通信協(xié)議，該芯片引腳直接與STM32處理器相應的引腳連接，并由處理器直接訪問和控制該芯片，使用中可以通過該模塊與具有藍牙能的無線通信裝置如,手機，筆記本電腦或移動POS機等建立藍牙通信協(xié)議后進行數(shù)據(jù)的互傳，本設計中主要利用該模塊實現(xiàn)將控制室發(fā)來的泄漏坐標位置的接收和實時信息的發(fā)送，需要注意的是該模塊功能在本設計中只適用于超短距離的無線通信，如面對面的傳輸；設計中采用兩種定位方式，分別采用GPS定位和北斗定位，如圖4和圖5所示，電路設計時為了減小設備體積，令GPS模塊和北斗芯片模塊公用一片AT24C32存儲芯片，并將GPS芯片的數(shù)據(jù)讀寫管腳SCL2,SDA2以及北斗芯片5、7號管腳分別與AT24C32的管腳GPS_SCL,GPS_SDA相連接，AT24C32的A0，A1和A2三個尋址引腳分別與STM32處理器的對應引腳相連接，使用時通過STM32處理器向三個地址引腳發(fā)送信號即可找到所要訪問的目標地址空間，而GPS芯片和北斗導航芯片的設置參數(shù)以及接收到的位置數(shù)據(jù)等可以保存在AT24C32中，這樣大大提高的了芯片的利用率；GPS芯片的引腳3與發(fā)光二極管連接，實現(xiàn)芯片工作狀態(tài)提示，引腳22與干電池連接實現(xiàn)對芯片電能供給，引腳VCC_RF通過電容濾波后與芯片MAX2659的RFOUT引腳連接，實現(xiàn)GPS芯片架設天線的目的，同時芯片MAX2659具有低噪聲放大功能，可接受衛(wèi)星信號并將其去噪聲再進行功率放大等功能；為了實現(xiàn)對定位芯片的訪問，本發(fā)明設計了可控的串口電路，電路中使用兩片MAX232串口芯片，并分別使該芯片的引腳11,12分別與兩個微型繼電器的常開點連接，兩片MAX232串口芯片的13和8引腳分別與STM32處理器的STM_GPS_RXD,STM_GPS_TXD引腳以及STM_VK_RXD,STM_VK_TXD相連接，處理器通過這兩對引腳訪問GPS芯片數(shù)據(jù)，以及北斗導航芯片數(shù)據(jù)，獲取位置坐標信息；兩個微型繼電器的常開點對應的另一端分別與GPS芯片的21,20引腳以及北斗導航芯片的4,2引腳連接，而兩個微型繼電器的線圈控制端引腳分別與STM32處理器的相應引腳連接，線圈的另一端則與地連接，使用時通過處理器向繼電器發(fā)送信號使線圈通電，繼電器吸合使得常開觸點閉合，實現(xiàn)控制串行信號通路控制的目的；同樣地，在繼電器線圈吸合的狀態(tài)下，處理器再次發(fā)送相反信號使得繼電器線圈斷開，則閉合的常開出點斷開，則串行通信通路被切斷；也即，通過加入繼電器的控制作用實現(xiàn)了用戶可以根據(jù)實際情況手動或者自動選擇定位方式的目的；

二號GSM模塊的作用是實現(xiàn)手持終端設備與遠程檢測卡或者控制中心的主機遠程通信的接口，該模塊的主芯片的引腳33與發(fā)光二極管連接連接，實現(xiàn)工作狀態(tài)的提示功能，該芯片的28,25,27,29,和26引腳分別與GSM卡槽的1,2,3,4,6，引腳連接，并且在使用時將GSM卡按照卡槽引腳位置插入卡槽，GSM芯片的1,2,3,4,5，13引腳均與3.3V直流電源連接，引腳6，7,8,9,10均與地連接，引腳14與電池溫度傳感器連接，芯片引腳15至24，30,31,33至40分別與STM處理器的對應引腳連接，使用時，處理器按照GSM芯片的讀寫控制時序向芯片發(fā)出信號，并通過串行端口異步通信實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程發(fā)送與接收或者數(shù)據(jù)交換功能；

具體實施方式二：參見圖7說明本實施方式，本實施方式是對具體實施方式一所述的一種管道泄漏檢測和定位裝置作進一步說明，本實施方式中，它還包括提醒電路2-7、觸控顯示屏2-8、按鍵2-9和雙電源電路2-10，

提醒電路2-7包括閃爍指示燈和聲音報警器，用于根據(jù)GPS模塊2-5或北斗導航模塊2-6與管道泄漏點之間的距離，實現(xiàn)不同頻率的報警，

觸控顯示屏2-8，用于顯示管道泄漏的具體坐標，

按鍵2-9，用于啟動或者復位手持終端設備2，

雙電源電路2-10包括USB供電和5V干電池供電，

利用切換開關進行USB供電和5V干電池供電的轉換，給處理器2-1供電。

本實施方式中，如圖7所示，雙電源電路是將5V直流電轉換成3.3V直流電，由于手持終端設備使用時靈活性，在電源的供電來源上分別采用USB供電和5V干電池供電方式，使用中可以利用切換開關轉換電源接口，來自供電端的5V直流電經過10uF和0.1uF電容并聯(lián)濾波后，實現(xiàn)去除電源中的毛刺，并降低直流電源的脈動的功能；經過電容處理后的直流電與電源轉換芯片的入端連接，經過轉換的3.3V電源從轉換芯片的出口端與另外兩個并聯(lián)的0.1uF和10uF電容相連接，以此消除電源中的噪聲信號以及雜波等，前述四個電容的另一端分別與電源轉換芯片的接地端相連接后，再與電源地端連接，這種電源主要為野外作業(yè)電量消耗大，供電靈活設計方式，如，可以使用移動電源這種儲能大，攜帶方便的裝置。

如圖9所示，觸控顯示屏模塊采用ADS7843作為用戶輸入信息識別芯片，將該芯片的6至9分別與觸控屏插接件的26至29號引腳連接，該芯片的1至4,15,16引腳分別與STM處理器的相應引腳連接，觸控屏接插件的4至24，30至34引腳分別與處理器的相應引腳連接，接插件引腳2,3,35,36均接3.3V電壓，引腳1,37均接地，使用時觸摸屏在用戶輸入動作下產生一個反映用戶點擊位置的信號。這個信號通常是模擬信號，它需要通過ADS7843內置12位的A/D轉換器將模擬信號轉換為數(shù)字信號(也就是用戶點擊的坐標)，從而準確判斷出觸點的坐標位置，再送給處理器進行處理。

具體實施方式三：本實施方式是對具體實施方式一所述的一種管道泄漏檢測和定位裝置作進一步說明，本實施方式中，每個遠程檢測卡1還包括一號藍牙模塊1-4，手持終端設備2還包括二號藍牙模塊2-6，

控制模塊1-2的控制信號輸入/輸出端連接一號藍牙模塊1-4的控制信號輸出/輸入端，處理器2-1的控制信號輸入/輸出端連接二號藍牙模塊2-6的控制信號輸出/輸入端，一號藍牙模塊1-4與二號藍牙模塊2-6通過藍牙信號進行通信。

具體實施方式四：本實施方式是對具體實施方式一所述的一種管道泄漏檢測和定位裝置作進一步說明，本實施方式中，一號藍牙模塊1-4和二號藍牙模塊2-6的結構相同，均采用型號為NRF2401的芯片實現(xiàn)，GPS模塊2-4采用型號為MAX2659的芯片實現(xiàn)，觸控顯示屏2-8采用型號為ADS7843的芯片實現(xiàn)，型號為ADS7843的芯片內置12位的A/D轉換器將模擬信號轉換為數(shù)字信號，從而準確判斷出觸點的坐標位置，再送給處理器2-1進行處理。

具體實施方式五：參見圖2說明書唄實施方式，本實施方式是對具體實施方式一所述的一種管道泄漏檢測和定位裝置作進一步說明，本實施方式中，控制模塊1-2采用LPC控制器實現(xiàn)。

具體實施方式六：本實施方式是對具體實施方式一所述的一種管道泄漏檢測和定位裝置作進一步說明，本實施方式中，n為1。

具體實施方式七：本實施方式是對具體實施方式一所述的一種管道泄漏檢測和定位裝置作進一步說明，本實施方式中，n為4，4個壓力波傳感器1-1均勻分布在被檢測管道的同一橫截面外壁上，且每隔90度安裝一個壓力波傳感器1-1。

具體實施方式八：參見圖10說明本實施方式，本實施方式是對具體實施方式一或六所述的一種管道泄漏檢測和定位裝置，本實施方式中，控制模塊1-2，用于接收壓力波變化，根據(jù)檢測到的壓力波時刻和壓力波向兩端管道傳播的速度v，獲得管道泄漏的時刻，進而確定管道兩端分別到達泄露點的距離的具體過程為：

步驟A1、首先將兩個遠程檢測卡1分別安裝在管道的兩端，其中，每個遠程檢測卡內有1個壓力波傳感器1-1，兩端壓力波傳感器1-1檢測到壓力波的時刻分別為t₁和t₂，當管道中某一點位置發(fā)生泄漏后，假設該泄露時刻為t₀，壓力波會以速度v向管道的兩端傳播，已知管道兩端之間的距離為L，則有公式：

v(t₁-t₀)+v(t₂-t₀)＝L 公式1，

整理公式1，有：

步驟A2、根據(jù)步驟一中的泄露時刻及公式：

l_p＝|(t₁-t₀)v| 公式3和l_q＝|(t₂-t₀)v| 公式4，

最終確定管道的兩端分別距離泄露點的距離l_p和l_q。

具體實施方式八：參見圖10說明本實施方式，本實施方式是對具體實施方式一或七所述的一種管道泄漏檢測和定位裝置，本實施方式中，控制模塊1-2，用于接收壓力波變化，根據(jù)檢測到的壓力波時刻和壓力波向兩端管道傳播的速度v，獲得管道泄漏的時刻，進而確定管道兩端分別到達泄露點的距離的具體過程為：

步驟B1、首先將兩個遠程檢測卡1分別安裝在管道的兩端，其中，每個遠程檢測卡內有4個壓力波傳感器1-1，兩個遠程檢測卡1分別對各自的4個壓力波傳感器進行30次壓力波采樣，采集每個壓力波傳感器1-1的采樣數(shù)據(jù)，剔除每個壓力波傳感器1-1采集數(shù)據(jù)中的最大值和最小值，計算剩余28組數(shù)據(jù)所對應的時刻平均值t₃，利用該平均值t₃、向管道的兩端傳播壓力波的速度v和每個壓力波傳感器1-1檢測到的壓力波的時刻t₄，獲得該壓力傳感器檢測到的泄露點的位置l₁：

l₁＝|(t₄-t₃)v| 公式3，

步驟B2、對管道每端上的4個壓力波傳感器1-1檢測到的泄露點的位置取平均值1次，從而獲得該端檢測到的泄漏點位置；

步驟B3、按照步驟B1至步驟B2再重復操作19次，一共得到20組泄漏點位置數(shù)據(jù)Dis＝{D1,D2...D20}，根據(jù)公式：|D_i-D_i-1|<β進行篩選，計算20組數(shù)據(jù)內任意兩組數(shù)據(jù)之間的絕對差值，i∈[1,20]取正整數(shù)，β為最小約束參數(shù)，0<β<1；

步驟B4、將步驟B3中所有絕對差值小于β的數(shù)據(jù)再次取平均值，并作為最終確定的泄漏點位置。