一种瞬变流监测方法和多通道水锤侦测仪技术

本发明专利技术提供了一种多通道水锤侦测仪，包括设置在防水壳体内的MCU模块，MCU模块通过电路板连接的通讯模块、GPS模块和数据存储模块；还提供了一种瞬变流监测方法能够试下定时记录模式和峰值模式之间通过条件触发转换。本发明专利技术以可设置的平均采样率和基于标准差的阈值算法，在主通道传感器信号快速改变时，能够自动转换数据记录模式，各通道传感器能够同步高频率记录峰值变化数据，本地存储、查看和分包传输至远程终端数据库，方便终端平台系统或PC机进行快速数据和图形分析，可对危险水锤提前预警。对于重新界定控制设备的约束条件，改善运行工艺，合理设置和再配置防护设备系统，以及管道爆管和漏损的压力瞬态监测控制具有重大意义。

【技术实现步骤摘要】
一种瞬变流监测方法和多通道水锤侦测仪
本专利技术属于管道输水领域，尤其涉及输水管道运行过程中的调节、停泵或关阀导致的瞬变流数据采集方法和侦测装置。
技术介绍
水锤是管道中流速迅速变化而引起的压力剧烈波动现象，也称瞬变流、涌浪和水力过渡过程，在扬水泵站和重力流输水系统中都可能发生。输水管网和管道中由于水锤导致的爆管事故屡见不鲜，严重影响供水管网安全和造成水资源的浪费，极端情况下也会导致人员生命危害和国家财产损失。严重的水锤事故可直接导致爆管，但即使是较轻微的水锤，如果在长期运行中反复出现，也会导致管道受损，减少管道的使用寿命，增加管道的爆管漏失和水质污染。水锤在线监测一直是管道输水行业追求的目标，完整的界定和监测到管网管道水锤的波动幅度、频率、时长和时间节点是一个难题，原因在于水锤是一个偶发或突发工况，水锤工况发生时的波动频率很高，波动源和时间节点很难确定。在实验室条件下，短时间人为停泵关阀制造水锤，使用常规仪器监测水锤不存在大的技术问题，但在实际工程运行过程中，采用常规数据记录仪进行连续采集和数据传输，稳定运行时会产生庞大的无效数据，查找水锤波动数据和查看分析图线非常困难。同时现有的网络传输条件，很难满足多路、大量和高频不间断数据的传送，加上网络断线和数据丢包，无法完整记录水锤工况下的多路管道特性数据、运行设备数据和重要防护设备效能数据的采集和传输。为了实施在线水锤检测，现有技术也有一定的研究，专利号为201710459250.5的基于在线实时监测预防正负压水锤的装置及其预警方法,提供了用于实时、稳定在线监测输水管道发生水锤时水压变化的检测方案，可以为相关工况下水锤的所造成的水压函数模型进行研究，但是这种方案无法实现在瞬变流工况下记录快速变化的传感器信号值，也没有没有对大量冗余数据进行对应性的解决方法，也缺少合理的水锤峰值检测的阈值判断的具体方法。
技术实现思路
针对现有技术中采用常规数据记录仪进行连续采集和数据传输，稳定运行时会产生庞大的无效数据，查找水锤波动数据和查看分析图线非常困难，同时现有的网络传输条件，很难满足多路、大量和高频不间断数据的传送，加上网络断线和数据丢包，无法完整记录水锤工况下的多路管道特性数据、运行设备数据和重要防护设备效能数据的采集和传输的技术问题，本专利技术提供了一种瞬变流监测方法，并采用分布式的多通道水锤侦测仪，在管道水锤工况发生时，能够自动切换数据峰值模式采集，完整地捕捉管道、水泵、各类控制设备和安全防护设备在瞬态条件下的流量、压力、液位、时间、声波和速度等数据，本地存储、查看和传输数据至远程终端，同时，对于具有危害的瞬变流工况，能够发送告警信息和输出开关量控制信号。为实现上述目的，本专利技术通提供了一种多通道水锤监测仪：本专利技术提供的一种多通道水锤监测仪，包括设置在防水壳体内，预设有linux程序处理系统的MCU模块，MCU模块通过电路板连接的通讯模块、时钟和定位模块、数据存储模块、人交互模块和LED信号灯。在水锤监测仪侧面，设置多路模拟量或数字量传感器输入接口、两路开关量输出接口和电源接口。电源可为MCU模块提供电能，MCU模块编制有逻辑处理程序，用于采集记录多路传感器信号，控制和协调各个模块，以及和远程终端的通讯和数据传送。进一步地所述电源为市电、太阳能板和大容量电池。进一步地所述时钟和定位模块为GPS模块、北斗模块或者两者兼用模块，GPS模块可为MCU模块提供精确的授时、校时和定位功能，用于确保时间的准确性和地理定位信息。本专利技术中的LED信号灯，可提供电源、GPS、传感器信号采集、通讯连接和故障的状态显示。进一步地所述人机交互模块为蓝牙模块，可通过专门开发的智能手机端程序与MCU模块通讯，建立人机交互通道，就地显示报警信息和数据状态，对多通道水锤记录仪进行定义和设置操作。进一步地所述人机交互模块为LCD触摸屏，可就地显示报警信息和数据状态，对多通道水锤记录仪进行定义和设置操作。进一步地所述通讯模块根据现场应用条件，可采用工业通讯模块、无线模块或4G通讯传输模块，以有线或无线方式实现水锤监测仪与远程终端的数据传输和信息分类报警。进一步地所述数据存储模块为大容量高速存储卡或U盘，可存储监测的记录数据。进一步地所述MCU模块为微处理单元，构建有linux程序处理系统，将各通道传感器的模拟量信号转换为数字量信号，或直接读取数字量信号，可通过人机交互模块或远程终端定义多通道水锤记录仪的标签码和各通道传感器的量程及安全运行范围值，安全运行范围值是指该传感器信号的正常运行的最大值和最小值。进一步地所述MCU模块编制linux程序处理系统，可设置多通道传感器中的一个传感器为主通道，并以主通道为准，同步同时记录其他各通道的信号数据，并分定时记录和峰值记录两种模式，数据记录模式可自动切换。MCU模块以秒为计算单位，对主通道传感器的信号按设定的采样率，连续计算开始阈值和停止阈值，当后一秒的第一个采样信号绝对值大于设定开始阈值和设定绝对差时，切换各通道传感器信号数据记录为峰值记录模式，同时同步按设定的高频率记录其它各通道的信号数据，在小于设定停止阈值和设定绝对差时，切换为定时记录模式。所记录的数据通过通讯模块分包发送至远程终端，所记录的峰值数据在大于安全运行范围值时，可向远程终端报警，和输出开关量信号用于控制相应设备。本专利技术还提供了一种瞬态工况下的传感器信号峰值触发记录方法：所述传感器信号峰值触发记录方法包括定时记录模式和峰值模式，定时记录模式和峰值模式之间通过条件触发转换。根据所选用的主通道传感器的固有采样率(响应时间)，设定基于传感器固有采样率限定条件下，峰值检测需要的平均采样率(每秒采样数)n，平均采样率n的大小决定了对信号峰值变化的敏感度，对大量样本，x1至xn求平均值会导致样本平均值变化得更慢，并使峰值突出，但可以识别出实际上并不存在的峰值，但平均太少的样本可能会错过峰值。设定平均采样率后的样本平均值由下式计算：依据计算出的样本平均值计算样本标准差SD，样本标准差是开始记录和停止记录的依据，由下式计算：触发数据的波动峰值记录，取决于开始阈值、停止阈值和绝对差，表示信号样本值可以偏离样本平均值而不被识别为峰值的数值，开始阈值、停止阈值基于样本标准差SD，它们的绝对值会随着实际传感器数据的变化量而变化。当传感器值稳定时，标准差较小，当传感器值发生变化时，其标准差较大。开始阈值和停止阈值为样本标准差SD的倍数M1和M2的乘积，停止阈值倍数M2小于开始阈值倍数M1，以确保能够记录整个峰值，并用以下公式计算：开始阈值＝SD×M1(3)停止阈值＝SD×M2(4)正常情况下，传感器的读数相当稳定，几乎没有变化，在这种情况下，阈值表示与信号样本平均值非常小的偏差，这使得峰值检测非常敏感，当它实际上只是一个无关紧要的变化时，可能会检测到一个峰值，为确保监测值实际上与信号样本平均值有足够大的差异，还需增加一个限值绝对差Δ，是下一秒的第一个检本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种瞬变流监测方法，其特征在于，所述监测方法包括定时记录模式和峰值模式，定时记录模式和峰值模式之间通过条件触发转换。/n

【技术特征摘要】
1.一种瞬变流监测方法，其特征在于，所述监测方法包括定时记录模式和峰值模式，定时记录模式和峰值模式之间通过条件触发转换。


2.根据权利要求1所述的瞬变流监测方法，其特征在于：所述监测方法在多通道传感器中选择一个传感器为主通道传感器，并以主传感器的记录模式协同其他通道传感器同步记录和传送数据。


3.根据权利要求1所述的瞬变流监测方法，其特征在于：所述峰值模式和定时记录模式转化通过如下步骤实现：
设定平均采样率n、峰值记录单位时间、定时记录间隔时间、开始阈值倍数M1、停止阈值倍数M2和绝对差Δ；
根据采样率和采集到的传感器信号样本计算样本标准差SD，利用样本标准差SD和开始阈值的倍数M1、停止阈值的倍数M2计算每秒的开始阈值和停止阈值；
后一秒的传感器第一个检测采样信号绝对值x1与前一秒的开始阈值和绝对差Δ比对，当后一秒的传感器信号检测绝对值x1大于前一秒的开始阈值和绝对差Δ时，触发MCU模块以峰值模式记录单位时间记录传感器信号值；
当第N秒的传感器信号检测绝对值xN1小于前一秒的停止阈值和绝对差Δ时，停止峰值模式记录，只按定时记录模式设定的定时记录时间间隔记录传感器信号数据。


4.根据权利要求3所述的瞬变流监测方法，其特征在于：所述模式转化包括如下步骤：
在多通道传感器中选择一个传感器为主通道传感器，根据所选用的主通道传感器的固有采样率和工作环境的采集精度要求设置平均采样率n(Hz)，单位时间采集的传感器样本信号为x1至xn，计算获得样本平均值和样本标准差SD，



设置峰值记录的开始阈值和停止阈值的倍数M1和M2，M1大于M2；
据样本标准差SD和倍数计算开始阈值和停止阈值，开始阈值＝SD×M1，停止阈值＝SD×M2；
根据峰值监测需要输入一个指定值作为峰值记录...

【专利技术属性】
技术研发人员：金波，
申请(专利权)人：西安普特流体控制有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61