本發(fā)明涉及一種檢測裝置，尤其涉及一種基于多傳感器的管道泄漏檢測裝置。

背景技術(shù)：

管道泄漏檢測與定位的方法很多，其中基于負(fù)壓波法的泄漏檢測應(yīng)用最為廣泛，它是基于管道泄漏時在液體中引發(fā)并且按著一定速度傳播的瞬態(tài)負(fù)壓波信號進(jìn)行檢測的。通過相關(guān)分析法計算負(fù)壓波傳播到管道首尾兩端的傳感器的時間差，通過時間差以及負(fù)壓波的傳播速度對泄漏點(diǎn)進(jìn)行定位。常規(guī)的管道泄漏檢測在首尾兩端各使用一個傳感器，單一傳感器的使用必然會受到外界環(huán)境的影響，并且采集到信號的精度也不會很高。

流體輸送管道發(fā)生泄漏時，會在泄漏處產(chǎn)生瞬態(tài)壓力突降，由于流體流動的連續(xù)性，管道中的流體不會立刻改變流速，但是流體在泄漏點(diǎn)和相鄰的兩邊區(qū)域間產(chǎn)生的壓力差異會導(dǎo)致流體從上、下游的區(qū)域向泄漏區(qū)填充，進(jìn)而引起泄漏點(diǎn)相鄰區(qū)域內(nèi)的流體密度和壓力減小，這就形成了負(fù)壓波。因?yàn)樨?fù)壓波在傳播過程中衰減很小，所以可以傳播很長的距離。對采集到的信號進(jìn)行相關(guān)分析，由相關(guān)分析的思想可知，當(dāng)沒有泄漏時相關(guān)函數(shù)的極值點(diǎn)在0附近，如果發(fā)生了泄漏，相關(guān)函數(shù)的極值點(diǎn)將會偏離0值的位置，根據(jù)相關(guān)數(shù)值的大小及極值點(diǎn)所在的位置可以進(jìn)行泄漏點(diǎn)的檢測定位。傳統(tǒng)的管道泄漏檢測系統(tǒng)中，在首尾兩端各安裝一個壓力傳感器用來檢測負(fù)壓波信號，泄漏點(diǎn)的確定取決于負(fù)壓波信號到達(dá)兩個傳感器的時間差、負(fù)壓波信號的傳播速度和兩個傳感器的距離。受到管道材質(zhì)、結(jié)構(gòu)和環(huán)境等因素的影響，負(fù)壓波的傳播速度難以確定，兩個傳感器之間的時間差的計算也必然會存在一定的誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決對供水管道泄漏檢測與定位問題，設(shè)計了一種基于多傳感器的管道泄漏檢測裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

基于多傳感器的管道泄漏檢測裝置由傳感器、濾波電路、放大電路、數(shù)據(jù)采集模塊、單片機(jī)及USB接口電路等組成。系統(tǒng)中的4個傳感器將管道泄漏的微弱信號轉(zhuǎn)換成電信號；濾波電路將信號中的外界干擾及噪聲濾除，以提高信噪比；放大電路將濾波后的微弱信號放大，以滿足數(shù)據(jù)采集模塊的需要；數(shù)據(jù)采集模塊將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；單片機(jī)完成信號的處理與分析；通過USB接口單元可以很方便地實(shí)現(xiàn)與計算機(jī)的通信。

所述的傳感器兩兩成一組，分別安裝與管道的首段、尾端。

所述的USB模塊采用CH375，它是一個通用USB總線接口芯片，支持USB－HOST主機(jī)方式和USB－SLAVE設(shè)備方式。CH375的USB主機(jī)方式支持常用的USB全速移動存儲設(shè)備，外部單片機(jī)或者DSP單元可以通過協(xié)議直接與CH375進(jìn)行通信。

本發(fā)明的有益效果是：

該設(shè)計主要分析了傳感器的選用和安裝方式以及漏點(diǎn)定位方法，并設(shè)計了管道泄漏信號檢測裝置，對于數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理需要上位機(jī)完成，這樣大大簡化了該裝置的軟件系統(tǒng)，同時也使得對信號的處理更精確更簡單。基于CH375的USB接口模塊的電路設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了信號檢測裝置與上位機(jī)之間的快速通信，更加方便對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與處理。同時，該硬件系統(tǒng)還可以擴(kuò)展應(yīng)用在其他領(lǐng)域。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是多傳感器安裝及泄漏檢測示意圖。

圖3是CH375與單片機(jī)接口電路。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，基于多傳感器的管道泄漏檢測裝置由傳感器、濾波電路、放大電路、數(shù)據(jù)采集模塊、單片機(jī)及USB接口電路等組成。系統(tǒng)中的4個傳感器將管道泄漏的微弱信號轉(zhuǎn)換成電信號；濾波電路將信號中的外界干擾及噪聲濾除，以提高信噪比；放大電路將濾波后的微弱信號放大，以滿足數(shù)據(jù)采集模塊的需要；數(shù)據(jù)采集模塊將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；單片機(jī)完成信號的處理與分析；通過USB接口單元可以很方便地實(shí)現(xiàn)與計算機(jī)的通信。

如圖2所示，傳感器1和傳感器2為一組，安裝在管道的首端 ，兩個傳感器的距離為L_１ 。傳感器3和傳感器4為一組，安裝在管道的尾端，兩個傳感器的距離為L_３。兩組傳感器之間的距離即傳感器2與傳感器3之間的距離為L_０。泄漏點(diǎn)信號傳播到傳感器1至4的時間分別為t_１，t_２，t_３，t_４。跟據(jù)4個傳感器獲得的數(shù)據(jù)可以得到如下的對應(yīng)關(guān)系：

L＝v×（t－t_２）

L_２＝v×t_２

L_３＝v×（t_４－t_３）

v×（t_１－t_３）＝L_１＋２×L_２－L_０

v×（t_１－t_４）＝L_１＋２L_２－L_０－L_３

v×（t_２－t_３）＝２×L_２－L_０

v×（t_２－t_４）＝２×L_２－L_０－L_３。

在該系統(tǒng)中，L_０，L_１，L_３是已知的。可以計算出負(fù)壓波信號在管道中的傳播速度，因?yàn)樗魉俣认鄬τ谪?fù)壓波傳播速度顯得非常慢，可以忽略，所以負(fù)壓波信號的傳播速度近似為：

v=（L_１＋L_３）/（t_１＋t_４－t_２－t_３）

L_２＝[2L_０－L_１＋L_３＋v×（t_１＋t_２－t_３－t_４）]/4。

通過上式不難發(fā)現(xiàn)，泄漏點(diǎn)相對位置距離L_２可以通過前面的已知條件求出。傳感器2到泄漏點(diǎn)的距離L_２在計算過程中使用了4次，通過求4次的平均值作為泄漏點(diǎn)的位置，較式傳統(tǒng)雙點(diǎn)測量而言得到的結(jié)果更加準(zhǔn)確。

如圖3所示，USB模塊采用CH375， 電路中，CH375的引腳TXD做接地處理，在復(fù)位期間它是低電平，這樣使CH375工作在USB－HOST主機(jī)方式下的并口方式；D+和D-為USB總線的差分信號線，用于CH375與USB設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸；ACT＃作為USB設(shè)備連接的狀態(tài)輸出引腳，當(dāng)在低電平的時候有效，把它與電阻和LED串聯(lián)連接到電源以指示狀態(tài)；D0－D7口連接單片機(jī)的P0－P7口，用于數(shù)據(jù)的傳輸；WR#、RD＃為芯片的選通端，分別連接單片機(jī)的外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通口P3.6、外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通口P3.7；A0連接單片機(jī)P2.0引腳，并通過電平的高低判斷可以寫命令還是可以讀寫數(shù)據(jù)；INT#連接到單片機(jī)的外部中斷0口INT0引腳，接收單片機(jī)的命令從而獲知中斷請求；CS#為單片機(jī)對芯片的片選端，接單片機(jī)的P2.引腳，當(dāng)單片機(jī)外圍電路過多時可以與譯碼器相連接；X0和X1之間的晶振為芯片提供穩(wěn)定的工作時鐘。