一种无线无源损伤泄漏监测系统及其控制方法技术方案

本申请一种无线无源损伤泄漏监测系统及其控制方法，系统包括：无源柔性压电传感及无线射频发送模块、无线射频动态阅读模块和现场处理显示模块；无源柔性压电传感及无线射频发送模块采集监测目标损伤后所产生的声波信号，在通过无线射频动态阅读模块外部供电时，经过调调理电路写入无源标签；无线射频动态阅读模块在进行阅读扫描时为无源柔性压电传感及无线射频发送模块供电，将其发送到现场处理显示模块；现场处理显示模块收集来自无线射频动态阅读模块的信息并根据模块自身含有的相关的管道损伤泄漏计算模型算法进行分析处理，执行管道损伤状态判别。解决如埋地管道等复杂环境下压力容器管道损伤泄漏的非破坏性随需巡检、智能判断问题。

【技术实现步骤摘要】
一种无线无源损伤泄漏监测系统及其控制方法
本专利技术涉及管道损伤检测
，特别涉及一种无线无源损伤泄漏监测系统及其控制方法。
技术介绍
目前，管道运输已经与公路、铁路、水运、航运并列，成为五大运输行业，每年由于管道损伤所导致的事故以及损失十分严重，因此，为了及时对管道的损伤进行维护，如何更加方便有效地对管道损伤进行检测，就成为了一个关键问题。目前，针对管道损伤监测，主要有以下几种方法：(1)传统方法：传统方法包括U形管压力计法、管道压力试验法、泡水法等，U形管压力计法通过向管道充气，在一定时间范围内查看U形管压力计的液位变化来判断管道的气密性；管道压力试验法通过常规压力表在试验期间进行压力记录，根据整个压力降来确定管道的气密性；泡水法则将管道浸泡于水中，观察管道有无进水或有无气泡漏出，来判定管道气密性。以上传统的监测方法，方法和原理都比较简单，但大都需要依靠人工读数记录，利用人肉眼的观察来判断，具有极大的人为误差，并且依赖于人的主观判断，缺乏严谨性，效率低下。(2)现代压力监测方法：现代压力监测方法通常是一整个系统，根据其检测的原理又可分为直接压力测试法、超声波检测法等。直接压力测试法利用单片机为控制核心，以直接压力测试法为原理，自动完成充气、稳压、保压检测、分析、报警等操作，完成对管道气密性的判断。这种方法具有较好的检测重复性以及较高的检测精度，克服了传统方法人为误差大、操作复杂、易造成职业危害的缺点，但不具有实时监测的功能，不能对使用中的管道进行检测。超声波检测法将压力传感器安装在管道表面，通过计算机发出超声波进行激励，通过信号放大等处理传给压力传感器，产生的振动沿管道传播，遇到损伤时便可以反射回来，再由压力传感器接收信号，传给计算机或示波器，通过分析确定缺陷及其位置。这种方法可以直接应用与使用中的管道，随时监测管道的气密性，但针对于复杂结构或深埋在地下中的管道而言，这种有线的方法就表现出了其局限性。现有技术在管道损伤监测方面已经做了很多研究，系统也趋于完善，但系统大都是在信号处理方面的创新，针对信号的采集仍停留在外加激励以及有线的采集方式，例如对于地下管道，保温层下的管道，埋地油气管道的腐蚀泄漏监测，这些系统就难以进行有效的监测。
技术实现思路
为了解决现有系统存在针对腐蚀泄漏监测方面的不足，提高埋地管道损伤监测的是实时性与高效性，本专利技术提出一种无线无源损伤泄漏监测系统及其控制方法。该系统充分利用柔性压电薄膜，射频识别原理，结合信号处理的相关方法，构建无线无源的柔性损伤泄漏监测系统；获得了检测管道损伤状态以及损伤位置判断的方法，建立了无线读取管道状态损伤信息的系统结构；揭示了管道损伤引起的声波振动规律。为达到上述目的，本专利技术采用的技术手段是：一种无线无源损伤泄漏监测系统，包括：无源柔性压电传感及无线射频发送模块、无线射频动态阅读模块和现场处理显示模块；所述无源柔性压电传感及无线射频发送模块，包括柔性声波传感器和无源标签，用于采集监测目标损伤后所产生的声波信号，进而通过柔性声波传感器转化为电压信号，在通过无线射频动态阅读模块外部供电时，经过调理电路写入无源标签；所述无线射频动态阅读模块，用于在进行阅读扫描时为无源柔性压电传感及无线射频发送模块供电，并通过天线读取无源标签信号，并将其发送到现场处理显示模块；所述现场处理显示模块，用于收集来自无线射频动态阅读模块的信息并根据模块自身含有的相关的管道损伤泄漏计算模型算法进行分析处理，执行管道损伤状态判别。作为本专利技术的进一步改进，所述柔性声波传感器通过粘性介质粘贴在管道上，将管道损伤所产生的声波信号转化为电压信号。作为本专利技术的进一步改进，所述柔性声波传感器为高分子柔性压电薄膜，所述高分子柔性压电薄膜通过丝网印刷或真空溅射制备电极，在印刷电极的同时，印刷射频发射电路，将无源标签植入高分子柔性压电薄膜中。作为本专利技术的进一步改进，所述无源标签在外部阅读器读取时通过发射天线将信号传输出去。作为本专利技术的进一步改进，所述无线射频动态阅读模块包括阅读器，接收天线和电源；所述阅读器用于通过发出间断持续的射频信号与对无源标签中的数据进行读取和擦除；所述接收天线用于在无源标签和阅读器之间传递射频信号；所述电源用于为无线射频动态阅读模块供电。作为本专利技术的进一步改进，所述现场处理显示模块包括声波信号显示界面、信号解调和处理模块和损伤信息显示界面；所述声波信号显示界面用于将柔性声波传感器产生后经过调解与传输的信号显示；所述信号解调和处理模块用于处理接收的信号，对管道损伤泄漏状态进行判别；所述损伤信息显示界面用于将判别结果进行显示。作为本专利技术的进一步改进，所述信号解调和处理模块包括射频信号解调单元、声波信号恢复单元、缺陷辨识单元，现场处理显示模块接收来自阅读器信号，通过射频信号解调单元，分离出载波携带的损伤信号，利用声波信号恢复单元恢复由于损伤泄漏引起的声波信号特征，利用缺陷辨识单元，判断损伤失效状态。作为本专利技术的进一步改进，所述判别结果包括显示管道有无出现损伤、损伤程度的大小以及损伤的位置坐标。作为本专利技术的进一步改进，还包括远程信息中心，所述远程信息中心，用于协同控制无源柔性压电传感及无线射频发送模块、无线射频动态阅读模块和现场处理显示模块，并对分析处理所得到的结果进行储存管理。一种无线无源损伤泄漏监测系统的控制方法，包括以下步骤：柔性声波传感器采集监测目标所发出的声波信号，在无线射频动态阅读模块无线供电时，通过调理电路存储在无源标签中；无线射频动态阅读模块采集存储在无源标签中的信号，间断读取出一段声波信号序列；将采集到的声波信号传输到现场处理显示模块；现场处理显示模块通过信号处理与分析，定性判断管道的损伤状态，并通过信号对损伤位置进行定位，定量分析管道的损伤大小。与现有技术相比，本专利技术的优点为：本专利技术一种基于柔性压电薄膜的无线无源损伤泄漏监测系统，结构上采用柔性压电传感器与柔性电路一体化设计，柔性压电传感器作为嵌入式无线检测终端，供后续读取；可以应用在无法使用有线进行信号传输信号的管道检测领域，利用RFID系统实现了无线读取，通过标签、读写器、天线三部分，利用射频发射方式对声波信号进行存储和读取，利用外部阅读器终端进行读取，方便快捷，实现了无线实时检测实现了信号的无源无线传输；实现埋地管道运行动态实时监测、寿命预测、风险处理等目的。进一步，柔性压电传感器柔性可嵌入，可以很好地缠绕或粘贴到管道上，与管道的接触面积更大，并且在高分子柔性压电薄膜通表面直接印刷相应的射频发射电路或与柔性印刷电路贴合，从而作为嵌入式无线检测终端，供后续读取。进一步，在损伤泄漏判别上，采用声波信号解调恢复以及定位算法，将无线接受的信号分离出检测声波信号，再根据采样频率等进行恢复，从而提取到由于损伤泄漏而产生的声波信号，利用信号处理和分析算法，对损伤状态进行判定，并定位泄漏位置；最终构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线无源损伤泄漏监测系统，其特征在于，包括：无源柔性压电传感及无线射频发送模块(1)、无线射频动态阅读模块(2)和现场处理显示模块(3)；/n所述无源柔性压电传感及无线射频发送模块(1)，包括柔性声波传感器(100)和无源标签(101)，用于采集监测目标损伤后所产生的声波信号，进而通过柔性声波传感器(100)转化为电压信号，在通过无线射频动态阅读模块(2)外部供电时，经过调理电路(103)写入无源标签(101)；/n所述无线射频动态阅读模块(2)，用于在进行阅读扫描时为无源柔性压电传感及无线射频发送模块(1)供电，并通过天线读取无源标签(101)信号，并将其发送到现场处理显示模块(3)；/n所述现场处理显示模块(3)，用于收集来自无线射频动态阅读模块(2)的信息并根据模块自身含有的相关的管道损伤泄漏计算模型算法进行分析处理，执行管道损伤状态判别。/n

【技术特征摘要】
1.一种无线无源损伤泄漏监测系统，其特征在于，包括：无源柔性压电传感及无线射频发送模块(1)、无线射频动态阅读模块(2)和现场处理显示模块(3)；
所述无源柔性压电传感及无线射频发送模块(1)，包括柔性声波传感器(100)和无源标签(101)，用于采集监测目标损伤后所产生的声波信号，进而通过柔性声波传感器(100)转化为电压信号，在通过无线射频动态阅读模块(2)外部供电时，经过调理电路(103)写入无源标签(101)；
所述无线射频动态阅读模块(2)，用于在进行阅读扫描时为无源柔性压电传感及无线射频发送模块(1)供电，并通过天线读取无源标签(101)信号，并将其发送到现场处理显示模块(3)；
所述现场处理显示模块(3)，用于收集来自无线射频动态阅读模块(2)的信息并根据模块自身含有的相关的管道损伤泄漏计算模型算法进行分析处理，执行管道损伤状态判别。


2.根据权利要求1所述的一种无线无源损伤泄漏监测系统，其特征在于，所述柔性声波传感器(100)通过粘性介质粘贴在管道上，将管道损伤所产生的声波信号转化为电压信号。


3.根据权利要求1所述的一种无线无源损伤泄漏监测系统，其特征在于，所述柔性声波传感器(100)为高分子柔性压电薄膜，所述高分子柔性压电薄膜通过丝网印刷或真空溅射制备电极，在印刷电极的同时，印刷射频发射电路，将无源标签(101)植入高分子柔性压电薄膜中。


4.根据权利要求1所述的一种无线无源损伤泄漏监测系统，其特征在于，所述无源标签(101)在外部阅读器(200)读取时通过发射天线(102)将信号传输出去。


5.根据权利要求1所述的一种无线无源损伤泄漏监测系统，其特征在于，所述无线射频动态阅读模块(2)包括阅读器(200)，接收天线(201)和电源(202)；
所述阅读器(200)用于通过发出间断持续的射频信号与对无源标签(101)中的数据进行读取和擦除；
所述接收天线(201)用于在无源标签(101)和阅读器(200)之间传递射频信号；
所述电源(202)用于为无线射频动态阅读模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：马登龙，何佳霖，解云川，高建民，姜洪权，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61