專利名稱：基于gprs的函箱敷設(shè)天然氣管道泄漏報警裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種天然氣管道泄漏報警裝置，尤其是敷設(shè)在函箱內(nèi)的天 然氣管道的泄漏報警裝置。
背景技術(shù)：
隨著西氣東輸工程的建設(shè)和順利投產(chǎn)，浙江、江蘇和上海等經(jīng)濟發(fā)達地區(qū) 開始了大規(guī)模的天然氣長輸管道的建設(shè)。由于長三角水系發(fā)達，經(jīng)濟活躍，高 等級公路、鐵路密布，各種類型河流分布很廣，在管道建設(shè)中，經(jīng)常采用頂管 施工工藝穿越公路、鐵路和河流，即先頂進水泥套管，然后將天然氣管道沿套 管形成的涵洞中穿進。為了保證天然氣管道能夠順利穿越，套管直徑為天然氣 管道的1.5-2倍，管道就位后，水泥套管兩端封閉，從而在套管和天然氣管道間 形成了一定的空間。由于腐蝕、地基沉降、施工等因素，可能導致套管天然氣 管道泄漏，泄漏的天然氣在密閉空間內(nèi)積聚， 一旦泄漏的天然氣濃度達到爆炸 極限，遇到明火就會產(chǎn)生爆炸事故，導致天然氣供氣中斷，所穿越的公路、鐵 路交通中斷，造成重大的社會損失和經(jīng)濟損失。
在運行過程中，由于頂管處封閉，巡線工人很難對頂管處的泄漏進行檢測。 目前對于天然氣管道的監(jiān)控主要是測定管道的壓力、溫度等運行參數(shù)，通過光 纖通信、微波通信、專線通信或衛(wèi)星通信將測量數(shù)據(jù)傳送至中央集控室，經(jīng)過 數(shù)據(jù)分析確定管道有無泄漏并進一步判斷泄漏發(fā)生的位置。上述通信設(shè)施的建 設(shè)投入大，維護和運行也比較復雜，同時通信工程的建設(shè)還受到地形地貌、大 型建筑物、交通設(shè)施以及信號傳送頻率的影響。 技術(shù)內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種天然氣管道頂管穿越涵箱部位的監(jiān)測報警裝置，該報警裝置應具有可自動測定涵箱部位的天然氣濃度、全天候監(jiān)測、及 時報警的特點，并可減少管道巡線的工作量
本實用新型提供的技術(shù)方案是基于GPRS的函箱敷設(shè)天然氣管道泄漏報 警裝置，其特征在于該裝置包括設(shè)置在函箱內(nèi)的天然氣爆管檢測箱、設(shè)置在中 央集控室的信息接收裝置以及個人信息接收裝置，所述的天然氣爆管檢測箱內(nèi)
安裝有電源系統(tǒng)l、電源監(jiān)測系統(tǒng)2、天然氣濃度監(jiān)測單元3、 A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)
據(jù)處理模塊5和信息發(fā)送裝置6;天然氣濃度監(jiān)測單元中的可燃氣體傳感器放置 在檢測箱外部，以直接監(jiān)測函箱內(nèi)腔空氣中的天然氣濃度變化；所述的天然氣
濃度監(jiān)測單元和電源監(jiān)測系統(tǒng)將測得的天然氣濃度和電源電量的電信號經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳遞給數(shù)據(jù)處理模塊進行判斷； 一旦達到設(shè)定報警值， 即通過信息發(fā)送裝置發(fā)送短信，經(jīng)GPRS網(wǎng)絡7，傳送到中央集控室的接收裝置 8和個人信息接收裝置9。
所述的數(shù)據(jù)處理模塊的針腳112與天然氣濃度監(jiān)測單元的信號輸出端相接， 數(shù)據(jù)處理模塊的針腳26及針腳25分別通過串口線與信息發(fā)送裝置的針腳42和 針腳40接通，以便在天然氣濃度達到或超過設(shè)定標準時發(fā)出報警信號。
所述的數(shù)據(jù)處理模塊的針腳110與電源監(jiān)測系統(tǒng)的信號輸出端相接，數(shù)據(jù) 處理模塊的針腳26及針腳25分別通過串口線與信息發(fā)送裝置的針腳42和針腳 40接通，以便在電源電量低于設(shè)定標準時發(fā)出報警信號。
本實用新型的工作原理是電源監(jiān)測系統(tǒng)2、天然氣濃度監(jiān)測單元3測得的 天然氣濃度和電源電量的電信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳遞給數(shù)據(jù)處 理模塊5，數(shù)據(jù)處理模塊對天然氣濃度和電源電量進行判斷， 一旦達到設(shè)定報警 值，通過信息發(fā)送裝置6發(fā)送短信，經(jīng)GPRS網(wǎng)絡7，傳送到中央集控室信息接 收裝置8和個人信息接收裝置9。中央集控室工作人員以及天然氣管線巡線人員接收到報警信息，即可對管線泄漏進行搶修或更換檢測裝置電源，當電源監(jiān)測 系統(tǒng)、天然氣濃度監(jiān)測單元測得的天然氣濃度和電源電量恢復正常后，取消報塾。
本實用新型的有益效果是，天然氣爆管檢測箱中天然氣濃度監(jiān)測單元由于 設(shè)置在函箱內(nèi)，天然氣濃度監(jiān)測單元中的可燃氣體傳感器能夠在第一時間檢測 到函箱內(nèi)腔空氣中的天然氣濃度的變化，具有檢測準確、報警及時的效果；同 時采用公用移動信息網(wǎng)傳輸報警信息，不用單獨設(shè)定報警系統(tǒng)，反應及時，錯 報、漏報率低；而且在中央集控室即可接收管道運行報告，減少了管道巡線的 工作量，特別適用在某些天然氣管道所穿越的正常巡線難以檢査的管道部位。 另外，采用低功耗的可燃氣體傳感器、低功耗且性能穩(wěn)定的低電壓DSP處理器 及成熟的GPRS數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，正常時以近乎待機的方式僅分析數(shù)據(jù)，放棄大 量無效數(shù)據(jù)的發(fā)送，使系統(tǒng)功耗降到最低；檢測到泄漏時按設(shè)置條件加快發(fā)送 頻率，使得管理人員能夠迅速采取有效措施。此種方式摒棄了常用的大功率常 備電源連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)的監(jiān)測設(shè)計思路，使用一塊小容量工業(yè)蓄電池可保證系統(tǒng) 穩(wěn)定工作三個月以上，系統(tǒng)的獨立性有了大幅度提高。

圖1是為本實用新型的電路模塊連接關(guān)系示意圖。 圖2是本實用新型的數(shù)據(jù)處理模塊示意圖。 圖3是本實用新型的電源系統(tǒng)及電源檢測系統(tǒng)模塊示意圖。 圖4是本實用新型的數(shù)據(jù)發(fā)送模塊示意圖。 圖5是本實用新型的存儲器模塊示意圖。 圖6是本實用新型的SIM卡座模塊示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖作進一步說明
(1) 電源系統(tǒng)，采用6V電池供電，由于主控制器DSP (數(shù)據(jù)處理模塊) 采用3.3V供電，信息發(fā)送單元SIM300采用4V供電，JTAG調(diào)試接口采用5V 供電，因此系統(tǒng)通過LDO器件(穩(wěn)壓器)MIC29302和TPS7333Q將6V輸入分 別轉(zhuǎn)換為5V、 4V和3.3V輸出。
(2) 電源檢測系統(tǒng)2，通過檢測電壓監(jiān)控電源系統(tǒng)1;電源監(jiān)測系統(tǒng)測得 的電信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，報數(shù)據(jù)處理模塊5分析，正常運行狀 態(tài)下通過信息發(fā)送裝置6每天發(fā)送一次運行報告至中央集控室信息接收裝置8 和個人信息接收裝置9;電源系統(tǒng)1電量低則發(fā)送報警信息，電量低于30%每周 發(fā)送一次報警信息，，電量低于10%每天發(fā)送一次報警信息，電量低于5%每六 小時發(fā)送一次報警信息；
(3) 天然氣濃度監(jiān)測單元，采用低功耗催化燃燒可燃氣體傳感器；傳感器 測得的天然氣濃度信號為毫伏信號(5000ppm濃度甲烷對應18mv)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn) 換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，報數(shù)據(jù)處理模塊5分析；正常運行狀態(tài)下通過信息發(fā)送 裝置6每天發(fā)送一次運行報告至中央集控室信息接收裝置8和個人信息接收裝 置9。天然氣管道出現(xiàn)泄漏，根據(jù)泄漏的天然氣濃度分為三級報警，三級報警
(1000ppm， 20%LEL)每小時發(fā)送一次，二級報警(3000ppm， 60%LEL)信 息十分鐘發(fā)送一次， 一級報警(>3000ppm)信息每分鐘發(fā)送一次。
(4) 數(shù)據(jù)處理模塊(主控制器，型號為TMS320LF2407)， 16位定點DSP; 它除了具有DSP的基本功能，還具有極低的功耗、強大的處理能力、豐富的片 上外圍模塊、方便高效的開發(fā)方式。
(5) A/D轉(zhuǎn)換器，主控制器TMS320LF2407自帶A/D轉(zhuǎn)換功能，可直接對
采集的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。(6) 信息發(fā)送裝置6 (數(shù)據(jù)發(fā)送模塊；型號為SIM300)。
(7) 報警短信信息通過信息發(fā)送裝置6由GPRS網(wǎng)絡7發(fā)送中央集控室信 息接收裝置8和檢修人員的個人信息接收裝置9 (一般是手機)，檢修人員即可 對電源系統(tǒng)1進行更換或?qū)μ烊粴夤艿佬孤c進行檢查搶修。搶修后，電源監(jiān) 測系統(tǒng)2、天然氣濃度監(jiān)測單元3測得的電源電壓和天然氣濃度信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn) 換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，報數(shù)據(jù)處理模塊5分析，連續(xù)十五分鐘正常，取消報警。
2、數(shù)據(jù)采集、分析和發(fā)送流說明
當天然氣管道出現(xiàn)燃氣泄露時，通過可燃氣體傳感器監(jiān)視周圍空氣中可燃 氣體濃度在爆炸下限中從0~100%的范圍內(nèi)的變化，利用催化原理，將燃氣濃度 轉(zhuǎn)化為微弱電信號，再經(jīng)過相應的驅(qū)動放大電路，轉(zhuǎn)換為滿足A/D采樣輸入范 圍的電壓信號，送入主控制器的ADC采樣通道(PIN112;即針腳112，以下同)， 主控器內(nèi)置10位ADC轉(zhuǎn)換器，通過A/D轉(zhuǎn)換，將燃氣濃度轉(zhuǎn)換為相應的數(shù)字 信號，再對燃氣濃度采樣結(jié)果進行分析處理。電路系統(tǒng)(以下簡稱系統(tǒng))正常 情況下，短信息每日發(fā)送一次，對燃氣濃度的采樣間隔為慢速采樣模式，默認5 分鐘采樣1組數(shù)據(jù)，其他時間系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)入省電模式。當達到燃氣濃度三級報 警(500 1000ppm， 20%LEL)后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入快速采樣模式，默認為1分鐘采樣 1組數(shù)據(jù)，報警信息每小時發(fā)送一次；當達到燃氣濃度二級報警 (1000~3000ppm,60%LEL)后，信息每十分鐘發(fā)送一次；當達到燃氣濃度一級 報警(>3000ppm)信息每分鐘發(fā)送一次。
電源系統(tǒng)為6V蓄電池供電，電池電量的電信號通過電壓驅(qū)動電路，轉(zhuǎn)換為 滿足A/D采樣輸入范圍的電壓信號，送入主控制器的ADC采樣通道(PINllO)， 主控制器內(nèi)置IO位ADC轉(zhuǎn)換器，通過A/D轉(zhuǎn)換，將電池電量信號轉(zhuǎn)換為相應 的數(shù)字信號，再對采樣結(jié)果進行分析處理。電量正常情況，短信息每日發(fā)送一次，當檢測到電量低于30%，系統(tǒng)進入電池電量二級告警，每日增加一次短信
息發(fā)送時間；如果電量低于10%，系統(tǒng)進入電池電量一級告警，每小時發(fā)送一 次短信息。
經(jīng)巡檢人員搶修后，系統(tǒng)連續(xù)測試時間默認值15分鐘，如果正常，系統(tǒng)取 消報警。
數(shù)據(jù)發(fā)送模塊采用GSM/GPRS無線數(shù)傳模塊(型號為SIM300);系統(tǒng)上電 后，即可自動登錄到GSM/GPRS網(wǎng)絡。主控制器的PIN26及PIN25分別通過串 口線與無線數(shù)傳模塊PIN42和PIN40接通，相互之間的通信采用了業(yè)界通用的 AT命令集進行交互，串口速率可以設(shè)置。SIM300是支持GSM/GPRS 900/1800/1900 MHz三頻的低功耗無線數(shù)傳模塊，設(shè)置有專門的SIM卡接口， 其PIN 21、 PIN 23、 PIN 25及PIN 27分別接通SIM卡座的接線端SIM-IO、 SIM-CLK、SIM-RST和SIM-PRE，可以支持3.3V和1.8V兩種規(guī)格G網(wǎng)SIM卡。 此外，SIM300與SIM卡接口的信號線串接有源端阻抗匹配，即R42、 R43、 R44 和R45，并且?guī)в蠩SD (靜電放電)保護器件SMF05C，可以防止靜電損壞SIM 卡接口。
系統(tǒng)報警的默認參數(shù)設(shè)置在EEPROM器件(存儲器；型號X5323)的相應 位置，除X5323CS (PIN1)之外，存儲器的SPISIMO (PIN 5)、 SPISOMI (PIN 2)和SPICLK (PIN 6)和分別接通主控制器的PIN30、 PIN 32和PIN 35，主控 制器可以對EEPROM中的默認參數(shù)設(shè)置進行電修改，系統(tǒng)即可以通過ISP燒錄 接口 CON1對默認參數(shù)進行燒錄，也可以通過特定手機號碼的短信形式對默認 參數(shù)進行遠程更改。
報警短信息的發(fā)送內(nèi)容包含報警時間DA、報警地址ID、報警時燃氣濃度 AI、報警時剩余電池電量V。系統(tǒng)中帶有時鐘芯片X1226,該芯片接通主控制器的PIN38和PIN88，進而獲取報警的實時時鐘。
系統(tǒng)設(shè)計有蜂鳴器報警裝置，當出現(xiàn)報警信息時，主控制器通過PIN52發(fā)出 一定頻率的脈沖，使得蜂鳴器發(fā)出報警信息，其中的三極管起到功率放大器的 作用。
系統(tǒng)設(shè)計有三個LED狀態(tài)指示燈，即D17、 D18和D19。主控制器分別通過 PIN47、 PIN44及PIN40接通指示燈電路(常規(guī)電路，予以省略)，對系統(tǒng)的工 作狀態(tài)、待機狀態(tài)和報警狀態(tài)進行指示。
系統(tǒng)采用6V電池供電，通過LDO器件(低壓差穩(wěn)壓器)Wl、 W2和W3
分別為系統(tǒng)提供5V、 4V和3.3V。為了監(jiān)視系統(tǒng)中的各個電源是否正常，設(shè)計
有三個LED指示燈，分別指示系統(tǒng)3.3V、 4V和5V的工作狀態(tài)(指示燈電路是
常規(guī)電路，予以省略)。
此外，系統(tǒng)還留有LCD接口和鍵盤接口，主控制器可以利用其豐富的GPIO
資源進行功能擴展。
以上所述的全部電器及電子元器件均可外購。
權(quán)利要求1、基于GPRS的函箱敷設(shè)天然氣管道泄漏報警裝置，其特征在于該裝置包括設(shè)置在函箱內(nèi)的天然氣爆管檢測箱、信息發(fā)送裝置(6)、設(shè)置在中央集控室的信息接收裝置(8)以及個人信息接收裝置(9)，所述的天然氣爆管檢測箱內(nèi)安裝有電源系統(tǒng)(1)、電源監(jiān)測系統(tǒng)(2)、天然氣濃度監(jiān)測單元(3)、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)處理模塊(5)和信息發(fā)送裝置(6)；天然氣濃度監(jiān)測單元中的可燃氣體傳感器放置在檢測箱外部，以直接監(jiān)測函箱內(nèi)腔空氣中的天然氣濃度變化；所述的天然氣濃度監(jiān)測單元和電源監(jiān)測系統(tǒng)將測得的天然氣濃度和電源電量的電信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳遞給數(shù)據(jù)處理模塊(5)進行判斷；一旦達到設(shè)定報警值，即通過信息發(fā)送裝置(6)發(fā)送短信，經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(7)，傳送到中央集控室的接收裝置(8)和個人信息接收裝置(9)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPRS的函箱敷設(shè)天然氣管道泄漏報警裝置， 其特征在于所述的數(shù)據(jù)處理模塊的針腳(112)與天然氣濃度監(jiān)測單元的信號輸 出端相接，數(shù)據(jù)處理模塊的針腳(26)及針腳(25)分別通過串口線與信息發(fā) 送裝置的針腳(42)和針腳(40)接通，以便在天然氣濃度達到或超過設(shè)定標 準時發(fā)出報警信號。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPRS的函箱敷設(shè)天然氣管道泄漏報警裝置， 其特征在于所述的數(shù)據(jù)處理模塊的針腳(110)與電源監(jiān)測系統(tǒng)的信號輸出端相 接，數(shù)據(jù)處理模塊的針腳(26)及針腳(25)分別通過串口線與信息發(fā)送裝置 的針腳(42)和針腳(40)接通，以便在電源電量低于設(shè)定標準時發(fā)出報警信 號。
專利摘要本實用新型涉及一種敷設(shè)在函箱內(nèi)的天然氣管道的泄漏報警裝置。目的在于該裝置具有可自動測定涵箱部位的天然氣濃度、全天候監(jiān)測、及時報警的特點。技術(shù)方案是基于GPRS的函箱敷設(shè)天然氣管道泄漏報警裝置，包括設(shè)置在函箱內(nèi)的天然氣爆管檢測箱、設(shè)置在中央集控室的信息接收裝置以及個人信息接收裝置，天然氣爆管檢測箱內(nèi)安裝有電源系統(tǒng)、電源監(jiān)測系統(tǒng)、天然氣濃度監(jiān)測單元、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)處理模塊和信息發(fā)送裝置；天然氣濃度監(jiān)測單元和電源監(jiān)測系統(tǒng)將測得的天然氣濃度和電源電量的電信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳遞給數(shù)據(jù)處理模塊進行判斷；一旦達到設(shè)定報警值，即通過信息發(fā)送裝置發(fā)送短信，經(jīng)GPRS網(wǎng)絡傳送到信息接收裝置。
文檔編號F17D5/06GK201310756SQ20082016879
公開日2009年9月16日 申請日期2008年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月25日
發(fā)明者楊曉明, 平 石, 郭偉燦, 錢濟人, 陳廣仁 申請人:浙江省特種設(shè)備檢驗研究院;浙江省天然氣開發(fā)有限公司