一种基于声波探测的检测管道泄漏的采集装置及使用方法制造方法及图纸

提供一种基于声波探测的管道泄漏检测采集装置及使用方法，在所述管道泄漏检测采集装置中两个拾音探头分别固定在管道两端用于探测管道泄漏，该采集装置置包含单片机、GPS模块、拾音器、多路选择器、录音存储模块、SD卡、蓝牙模块和锂电池供电电路；通过分时采集GPS的秒脉冲输出与拾音信号输出，采集装置能够将准确的时间信息标记在采集到的声音数据中。该采集装置采用低功耗芯片与模块，程序控制相应工作模式下的各模块供电，使得整机功耗大大降低；采用锂电池供电，体积小巧轻便；使用蓝牙模块与上位机控制端进行交互，操作简单方便，工作稳定可靠，为后续泄漏点位置的确定提供了高时间准确度的数据基础。

【技术实现步骤摘要】
一种基于声波探测的检测管道泄漏的采集装置及使用方法
本专利技术属于管道泄漏监测
，涉及一种基于声波探测的检测管道泄漏的采集装置及使用方法。
技术介绍
管道是作为液体运输，如油气、水等的一种最有效、最方便的手段。但随着时间发展，管道中的腐蚀也越来越严重，造成管道中的泄漏，对工业、生活造成极大的影响。随着工业的发展，对泄漏检测的要求提高与重视，为解决此类问题，针对不同的管道，如输气、输油、海底等，以及管网，人们提出了不同的方法来检测泄漏。管道泄漏探测的方法可以分成两大类：一类是基于外部硬件探测，而没有配套软件或系统，这一类包括管道勘察，碳氢化合物分布式传感电缆，光纤探测器，蒸汽传感器，液体传感线缆，声波传感器、红外探测仪等。硬件探测需要高昂的硬件及其安装费用。这类检测方法精度很高，可以检测出很小的泄漏。但这类方法的局限性也很大。它只能在已安装了相应硬件的地方工作，一般用于周期性的检测。如果某个泄漏没有检测到，只有等到下次例行检查时才有可能被发现。但是硬件检测方中得到的数据往往可以成为第二类方法的输入，进行进一步的处理。第二类探测方法，即基于软件或系统的探测方法可以在不对运输做干扰的情况时，对管道进行实时或有目的性的探测。这类方法利用各类传感器所获取的数据，包括压力、温度、粘度、密度、流速、声波等，配以相应的算法，来计算出泄漏位置与泄漏程度。这类方法中有，基于体积平衡，通过检测压力或温度的变化，实时瞬态模型法，数据分析法，负压波等。它对于瞬时泄漏信号或缓慢流动的情况下很有效。但这类检测方法的精度不如外部硬件检测方法，而且检测的精度与有效性与使用的算法、仪器和相应的检测对象有极大的关系。
技术实现思路
基于现实和生产实践的需要，本申请人投入大量资金及长期研究，提供一种基于声波探测的管道泄漏检测采集装置及使用方法。依据本专利技术的第一方面，提供一种基于声波探测的管道泄漏检测采集装置，其中两个拾音探头分别固定在管道两端，用于探测管道泄漏。进一步地，所述的基于声波探测的管道泄漏检测采集装置由单片机、GPS模块、拾音器、多路选择器、录音存储模块、SD卡、蓝牙模块和锂电池供电电路组成，所述GPS模块与多路选择器通过PPS信号相连，所述拾音器与所述多路选择器相连，所述多路选择器与所述单片机通过IO口相连，所述多路选择器的输出与所述录音存储模块的输入相连，SD卡固定在录音存储模块的卡座上，所述录音存储模块通过串口与所述单片机相连，所述蓝牙模块与所述单片机模块通过串口相连，所述GPS模块与所述单片机模块通过串口和PPS信号相连，所述锂电池供电电路与所述的单片机、GPS模块、拾音器、多路选择器、录音存储模块、SD卡、蓝牙模块相连接，所述锂电池供电电路与所述的单片机还通过IO口相连。优选地，所述的基于声波探测的管道泄漏检测采集装置利用GPS得到准确的时间信息，所述采集装置通过二选一多路选择器选择拾音信号输出或GPS的秒脉冲信号输出，从而将GPS的准确的时间信息记录到采集数据的起始和结尾中，再通过后期的线性插值算法处理，能够修正录音模块采集时钟的频率，从而将采集到的声音信号的每个采集样点校正回准确的采集时刻。优选地，基于声波探测的管道泄漏检测采集装置通过蓝牙模块与上位机控制端进行交互，得到采集时刻列表，再通过GPS的串口信息得到当前实际时间，所述采集装置的单片机比较采集时刻与当先时间是否一致，如果一致则采用上述具有GPS秒脉冲时间标志的拾音信号采集方法，以实现高时间精度的定时采集功能。所述单片机可以通过IO口控制锂电池供电电路。依据本专利技术的第二方面，提供一种使用上述基于声波探测的管道泄漏检测采集装置的方法，其包括以下步骤：第一步，打开保护盖1，并打开采集装置的电源开关3，随后关闭保护盖1，以防止雨水或灰尘进入采集装置；然后将采集装置固定在管道上，拾音器4一端紧靠管道，拾音器将管道中的机械震动信号转化为微弱电信号；第二步，使用带有蓝牙设备的上位机(手机或电脑)下发采集时刻列表，格式为“年月日时分秒采集时长”；上位机发送最多16组采集时刻与时长，并以两个回车作为列表的结束；第三步，采集装置的单片机通过蓝牙模块收到采集时刻列表后，即进入准备采集模式；单片机通过IO口控制供电电路，以开启GPS模块和录音存储模块的供电，并切断蓝牙模块的供电；单片机解析GPS模块发送的串口数据，并得到当前时间信息；如果当前时刻出现在上位机下发的采集时刻列表中，则单片机立即向录音存储模块发送串口命令以启动采集；录音存储模块将多路选择器输出的模拟信号转化为数字信号，并写入SD卡；当达到采集列表中相应的采集时长后，单片机再向录音存储模块发送串口命令以停止采集；第四步，当采集列表中全部采集任务完成后，采集装置自动进入休眠，即切断录音存储模块和GPS模块的供电，以使休眠功耗达到最低；此时，操作人员即可打开保护盖1，关闭采集装置电源，取出SD卡槽2中的SD卡，在电脑上进行后期数据处理。相比于现有技术，本专利技术的优点和有益效果为：1)本专利技术采集装置采用GPS模块的秒脉冲进行精确的时间标记，采集时刻的准确度高，计算出的到时差更准确，泄漏点定位精度高。2)本专利技术采集装置使用嵌入式技术，在不同的工作状态切断相应模块的供电，使得整机功耗降低，采集装置采用锂电池供电，整机体积减小，携带轻便。3)本专利技术采集装置通过蓝牙无线连接上位机控制端，无需线缆连接操作，使用简单、方便、可靠。附图说明附图1是依据本专利技术的利用声波探测管道泄漏位置的基本原理示意图。附图2是依据本专利技术的管道泄漏检测采集装置的结构框图。附图3是依据本专利技术的管道泄漏检测采集装置的外观示意图。附图4是依据本专利技术的管道泄漏检测采集装置的使用方法流程框图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。当液体或气体在管道中泄漏时，泄漏点处会产生某些频段的声波，在管道中传播的声波速度，会随着声波的频率或管道的材质不同而发生变化。利用声波探测管道泄漏位置的基本原理如附图1所示，两个声波探头分别固定在管道的两处A和B，泄漏点在C处，则泄漏点C与声波探头A的距离x可由下述公式算出：其中，L为两个声波探头A与B之间的距离，c(ω)为管道中某一频率声波对应的传播速度；Δt为泄漏点处的声波传播到两个声波探头A与B的到时差，它可由A、B两处声波探头采集到的震动数据x(t)和y(t)做互相关运算得到：Δt＝argmax∫x(t)y*(t+τ)dt由此可见，准确计算出到时差对泄漏位置的确定至关重要，这就要求采集装置的采集时刻的准确性一定要高。声波探测的方法要求有两个拾音探头分别固定在水管两端探测，而如何同步采集两路拾音信号，是本专利技术要解决的主要问题。本专利技术的基于声波探测的管道泄漏检测采集装置由单片机、GPS模块、拾音器、多路选择器、录音存储模块、SD卡、蓝牙模块和锂电池供电电路组成，GPS模块与多路选择器通过PPS信号相连，拾音器与多路选择器相连，多路选择器与单片机通过IO口相连，多路选择器的输出与录音存储模块的输入相连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于声波探测的管道泄漏检测采集装置，其特征在于，两个拾音探头分别固定在管道两端，用于探测管道泄漏。

【技术特征摘要】
1.一种基于声波探测的管道泄漏检测采集装置，其特征在于，两个拾音探头分别固定在管道两端，用于探测管道泄漏。2.依据权利要求1所述的基于声波探测的管道泄漏检测采集装置，其特征在于，其由单片机、GPS模块、拾音器、多路选择器、录音存储模块、SD卡、蓝牙模块和锂电池供电电路组成，所述GPS模块与多路选择器通过PPS信号相连，所述拾音器与所述多路选择器相连，所述多路选择器与所述单片机通过IO口相连，所述多路选择器的输出与所述录音存储模块的输入相连，SD卡固定在录音存储模块的卡座上，所述录音存储模块通过串口与所述单片机相连，所述蓝牙模块与所述单片机模块通过串口相连，所述GPS模块与所述单片机模块通过串口和PPS信号相连，所述锂电池供电电路与所述的单片机、GPS模块、拾音器、多路选择器、录音存储模块、SD卡、蓝牙模块相连接，所述锂电池供电电路与所述的单片机还通过IO口相连。3.依据权利要求2所述的基于声波探测的管道泄漏检测采集装置，其特征在于，利用GPS得到准确的时间信息，所述采集装置通过二选一多路选择器选择拾音信号输出或GPS的秒脉冲信号输出，从而将GPS的准确的时间信息记录到采集数据的起始和结尾中，再通过后期的线性插值算法处理，能够修正录音模块采集时钟的频率，从而将采集到的声音信号的每个采集样点校正回准确的采集时刻。4.依据权利要求2所述的基于声波探测的管道泄漏检测采集装置，其特征在于，通过蓝牙模块与上位机控制端进行交互，得到采集时刻列表，再通过GPS的串口信息得到当前实际时间，所述采集装置的单片机比较采集时刻与当先时间是否一致，如果一致则...

【专利技术属性】
技术研发人员：张盛泉，游庆瑜，许晴，李少卿，徐锡强，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11