專利名稱：煤礦用瓦斯抽放管道超聲波檢漏儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種氣體泄漏檢測儀器，特別涉及一種煤礦用瓦斯抽放管道超聲波檢漏儀。
背景技術(shù)：
近年來，隨著礦井生產(chǎn)機(jī)械化水平和生產(chǎn)集約化程度的提高，更多礦區(qū)進(jìn)入深部開采，瓦斯涌出量急劇增加。將煤層中的瓦斯抽出并加以利用，既可防止和減少煤礦重大瓦斯事故的發(fā)生，保證礦井安全生產(chǎn)，又可保護(hù)礦區(qū)環(huán)境，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 煤礦瓦斯的治理、開采和利用都離不開瓦斯輸送。管道泄漏是井下瓦斯安全輸送的重要安全隱患。煤礦區(qū)抽采煤層氣的濃度由其抽采方法工藝及抽采系統(tǒng)的集輸管線的密封狀態(tài)決定的，在具體的抽采條件確定了其抽采方法及工藝后，抽采系統(tǒng)的集輸管線的密封狀態(tài)決定了其抽采濃度的高低。輸送管路本身的漏氣，關(guān)系到煤層氣在輸送過程中的安全、高效和穩(wěn)定，從而對(duì)下游其他相關(guān)環(huán)節(jié)，諸如煤層氣電廠是否能正常運(yùn)行，民用燃?xì)馐欠衲苷９?yīng)等造成直接影響。更為嚴(yán)重的是管道瓦斯?jié)舛热绻幵诒ǚ秶坏┏霈F(xiàn)事故，對(duì)礦井帶來的后果是災(zāi)難性的。目前，管道檢漏的研究主要集中在正壓流體輸送管道，而瓦斯輸送管道處于負(fù)壓狀態(tài)，針對(duì)其這一特點(diǎn)必須選用相應(yīng)的泄漏檢測方法。傳統(tǒng)的泄漏檢測方法如絕對(duì)壓力法、 壓差法、氣泡法等主要適用于正壓輸送管道檢漏，操作復(fù)雜并且對(duì)技術(shù)人員要求較高，而且不具有實(shí)時(shí)性，因此不適用于煤礦井下的環(huán)境。工業(yè)上廣泛利用泄漏產(chǎn)生超聲波的原理來進(jìn)行泄漏檢測，而且對(duì)于正壓、負(fù)壓狀態(tài)的管道檢漏都有效。在國外，由于煤層地質(zhì)條件及煤層透氣性相對(duì)較好，礦井瓦斯抽采主要采取地面井抽采，極少國家采取井下瓦斯抽采，井下瓦斯抽采技術(shù)發(fā)展緩慢。在我國，井下輸運(yùn)管網(wǎng)技術(shù)主要還是采用鋼管、抽采管道參數(shù)監(jiān)測，環(huán)境傳感器監(jiān)測等技術(shù)。煤礦井下使用的煤層氣輸送管路(即瓦斯抽放管路)多數(shù)仍為金屬鋼管，而鋼管存在著易腐蝕、安裝效率低、服務(wù)年限短和易產(chǎn)生摩擦火花等問題。雖然近幾年非金屬管道在煤礦逐步開始推廣應(yīng)用，但其進(jìn)展的速度較慢，使用的效果還不太理想，主要原因是目前的非金屬管路系統(tǒng)的安全性、 可靠性還不夠好，存在著耐長期負(fù)壓性能不好(易吸癟)、抗沖擊韌性不高(易發(fā)生脆性破壞)等缺點(diǎn)。所以在井下輸運(yùn)管網(wǎng)安全保障技術(shù)方面仍很欠缺。隨著近幾年國家對(duì)煤層氣開發(fā)及瓦斯災(zāi)害的重視，煤層氣作為一種潔凈能源來開發(fā)逐漸引起了大家的認(rèn)同。從而推動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和成熟，但井下輸送管網(wǎng)泄漏技術(shù)方面目前還是空白，但在地面石油天然氣管道輸運(yùn)方面，檢漏技術(shù)已有一定發(fā)展。因此急需一種成本低、使用方便、速度快、便于現(xiàn)場檢測的適用于煤礦井下爆炸性氣體環(huán)境下的瓦斯輸送管道的泄漏檢測裝置
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]有鑒于此，為了解決上述問題，本實(shí)用新型提出一種成本低、使用方便、速度快、便于現(xiàn)場檢測的適用于煤礦井下爆炸性氣體環(huán)境下的瓦斯輸送管道的泄漏檢測裝置。利用超聲波檢測氣體泄漏位置，不僅方法簡單，而且準(zhǔn)確可靠。本實(shí)用新型提供的煤礦用瓦斯抽放管道超聲波檢漏儀，包括超聲波探頭、信號(hào)放大電路、音頻處理電路，所述超聲波探頭用于獲取管道泄漏產(chǎn)生的泄漏超聲波信號(hào)，所述泄漏超聲波信號(hào)經(jīng)過信號(hào)放大電路后輸入到音頻處理電路，所述音頻處理電路將泄漏產(chǎn)生的超聲波高頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為人耳可聽的低頻信號(hào)。進(jìn)一步，所述信號(hào)放大電路包括前置放大電路、帶通濾波電路和二次放大電路，所述前置放大電路將獲取的泄漏超聲波信號(hào)進(jìn)行電壓放大，所述帶通濾波電路用于濾掉泄漏超聲波信號(hào)中的背景噪聲和電路中器件或電路產(chǎn)生的噪聲，所述帶通濾波電路的輸入端與前置放大電路的輸出端連接，所述二次放大電路的輸入端與帶通濾波電路的輸出端連接。進(jìn)一步，所述音頻處理電路音頻處理電路包括本振電路、混頻器、功率驅(qū)動(dòng)電路， 所述本振電路產(chǎn)生的振蕩信號(hào)輸入到混頻器中，所述混頻器的另一輸入端接收信號(hào)放大電路的輸出信號(hào)，所述混頻器的輸出端與功率驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接。 進(jìn)一步，還包括頻率顯示電路，所述頻率顯示電路的輸入端與信號(hào)放大電路的輸出端連接，所述頻率顯示電路用于實(shí)時(shí)顯示超聲波信號(hào)的頻率值。進(jìn)一步，還包括單片機(jī)控制器，所述單片機(jī)控制器的輸入端與信號(hào)放大電路的輸出端連接，所述單片機(jī)控制器的輸出端與液晶顯示電路的輸入端連接，用于控制頻率顯示電路的頻率顯示。進(jìn)一步，所述單片機(jī)控制器包括信號(hào)采集模塊、信號(hào)放大模塊、濾波模塊、液晶顯示模塊，所述信號(hào)采集模塊，用于采集超聲波探頭獲取的管道泄漏產(chǎn)生的泄漏超聲波信號(hào)； 信號(hào)放大模塊，用于將泄漏超聲波信號(hào)進(jìn)行放大處理；濾波模塊，用于濾掉泄漏超聲波信號(hào)中的背景噪聲和電路中器件或電路產(chǎn)生的噪聲；液晶顯示模塊，用于實(shí)時(shí)顯示超聲信號(hào)的頻率值。進(jìn)一步，還設(shè)置有用于給檢漏儀提供電源的充電電源接口，所述充電電源接口與檢漏儀的充電電池連接，用于對(duì)檢漏儀的充電電池充電。進(jìn)一步，還設(shè)置有用于檢測充電電源電量的電源指示燈。進(jìn)一步，所述單片機(jī)的型號(hào)為AT89C51。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于本實(shí)用新型采用超聲波探頭來獲取管道泄漏產(chǎn)生的泄漏超聲波信號(hào)，將泄漏超聲波高頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為人耳可聽的低頻信號(hào)或?qū)⒊暡ㄐ盘?hào)的頻率值通過頻率顯示電路實(shí)時(shí)顯示，本實(shí)用新型提供的泄漏檢測裝置成本低、使用方便、速度快、 準(zhǔn)確可靠、便于現(xiàn)場檢測，適用于煤礦井下爆炸性氣體環(huán)境下的瓦斯輸送管道的氣體泄漏檢測。本實(shí)用新型的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本實(shí)用新型的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本實(shí)用新型的目標(biāo)和其它優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書，權(quán)利要求書，以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。

[0019]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中圖1為本底噪聲與泄漏聲聲壓圖；圖2為超聲波檢漏儀系統(tǒng)原理圖；圖3為液晶模塊與AT89C51的硬件接口框圖；圖4為超聲波檢漏儀控制系統(tǒng)流程圖。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說明本實(shí)用新型，而不是為了限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。圖1為本底噪聲與泄漏聲聲壓圖，如圖所示，聲波檢測的原理是當(dāng)管道內(nèi)液體泄漏時(shí)，由于管道內(nèi)外的壓力差使得管內(nèi)的液體在通過泄漏點(diǎn)到達(dá)管外時(shí)由于擠壓而形成渦流，這個(gè)渦流產(chǎn)生振蕩變化的壓力波或聲波。泄漏產(chǎn)生的聲波有很寬的頻譜，通常分布在 6-SOKHz之間，聲波法檢測就是將泄漏產(chǎn)生的噪聲作為信號(hào)源，由傳感器拾取后，通過相關(guān)的軟硬件方法分析以確定泄漏。小孔氣體泄漏所發(fā)出的超聲波強(qiáng)度是極其微弱的，而且在工業(yè)場合，環(huán)境噪聲是相當(dāng)大的。所以要檢測出在惡劣環(huán)境下的氣體泄漏所發(fā)出的超聲，必須對(duì)系統(tǒng)信號(hào)放大部分進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)。在本系統(tǒng)中只檢測40kHz點(diǎn)的泄漏超聲波的強(qiáng)度，原因是在40kHz點(diǎn)的泄漏超聲波能量比較大，而且泄漏聲和本底噪聲能量差值也最大，如圖1所示，這樣選擇可以增加系統(tǒng)靈敏度。圖2為超聲波檢漏儀系統(tǒng)原理圖，如圖所示本實(shí)用新型提供的煤礦用瓦斯抽放管道超聲波檢漏儀，包括超聲波探頭201、信號(hào)放大電路、音頻處理電路，所述超聲波探頭 201用于獲取管道泄漏產(chǎn)生的泄漏超聲波信號(hào)，所述泄漏超聲波信號(hào)經(jīng)過信號(hào)放大電路后輸入到音頻處理電路，所述音頻處理電路將泄漏超聲波高頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為人耳可聽的低頻信號(hào)。作為上述實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)，所述信號(hào)放大電路包括前置放大電路202、帶通濾波電路203和二次放大電路204，所述前置放大電路202將獲取的泄漏超聲波信號(hào)進(jìn)行電壓放大，前置放大電路202選用LM837低噪音四運(yùn)算放大器，它的主要功能是將信號(hào)源提供的微弱音頻信號(hào)進(jìn)行電壓放大，并輸出一定電平的音頻信號(hào)至功率放大器電路，所述帶通濾波電路203用于濾掉泄漏超聲波信號(hào)中的背景噪聲和電路中器件或電路產(chǎn)生的噪聲，所述帶通濾波電路203的輸入端與前置放大電路的輸出端連接，所述帶通濾波電路203為有源帶通濾波電路，選用的是LF444CN。它是一個(gè)超精密的低噪聲四運(yùn)算放大器，具有極低的電壓和電流偏移以及很高的增益穩(wěn)定性。在這一級(jí)可以濾掉前面濾波器沒有濾掉的大部分背景噪聲和由器件或電路產(chǎn)生的噪聲。這里選擇的通帶為38kHz-42kHz。所述二次放大電路204的輸入端與帶通濾波電路203的輸出端連接。所述二次放大電路204為同相放大電路，選用的芯片是HA17324，它是一個(gè)高性能四運(yùn)算單電源放大器。作為上述實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)，所述音頻處理電路音頻處理電路包括本振電路、 混頻器、功率驅(qū)動(dòng)電路，所述本振電路產(chǎn)生的振蕩信號(hào)輸入到混頻器中，所述混頻器的另一輸入端接收信號(hào)放大電路的輸出信號(hào)，所述混頻器的輸出端與功率驅(qū)動(dòng)電路205的輸入端連接，所述功率驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)耳機(jī)或蜂鳴器發(fā)206出人耳能聽見的報(bào)警聲音。設(shè)計(jì)音頻處理電路的目的是能夠比較方便地判斷哪里有泄漏的產(chǎn)生。由于人耳的聽覺范圍大約在IkHz 到20kHz之間，因此檢測到的超聲信號(hào)必須通過降頻才能為人耳所聽到。降頻的原理是利用差分信號(hào)的乘法特性，然后在輸出信號(hào)端接上低通濾波器，則可得差頻信號(hào)。選用本振電路的頻率為37kHz，那么得到的差頻信號(hào)為3kHz，可為人耳聽到。作為上述實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)，還包括頻率顯示電路207，所述頻率顯示電路207 的輸入端與信號(hào)放大電路的輸出端連接，所述頻率顯示電路207用于實(shí)時(shí)顯示超聲波信號(hào)的頻率值。作為上述實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)，還包括單片機(jī)控制器208，所述單片機(jī)控制器208 的輸入端與信號(hào)放大電路的輸出端連接，所述單片機(jī)控制器208的輸出端與液晶顯示電路的輸入端連接，用于控制頻率顯示電路的頻率顯示。圖3為液晶模塊與AT89C51的硬件接口框圖；如圖所示，信號(hào)放大電路的輸出端接入頻率顯示電路，由常用單片機(jī)AT89C51對(duì)液晶顯示模塊1602進(jìn)行控制，將超聲信號(hào)的頻率值在液晶屏上實(shí)時(shí)顯示出來。作為上述實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)，所述單片機(jī)控制器包括信號(hào)采集模塊、信號(hào)放大模塊、濾波模塊、液晶顯示模塊，所述信號(hào)采集模塊，用于采集超聲波探頭獲取的管道泄漏產(chǎn)生的泄漏超聲波信號(hào)；信號(hào)放大模塊，用于將泄漏超聲波信號(hào)進(jìn)行放大處理；濾波模塊， 用于濾掉泄漏超聲波信號(hào)中的背景噪聲和電路中器件產(chǎn)生的噪聲；液晶顯示模塊，用于實(shí)時(shí)顯示超聲信號(hào)的頻率值。圖4為單片機(jī)控制器的流程圖；如圖所示，程序開始時(shí)，首先初始化單片機(jī)和液晶顯示模塊，然后啟動(dòng)信號(hào)采集模塊控制超聲波探頭進(jìn)行信號(hào)采集，將采集到的信號(hào)通過信號(hào)放大模塊進(jìn)行放大，并通過濾波模塊濾掉泄漏超聲波信號(hào)中的背景噪聲和電路中器件或電路產(chǎn)生的噪聲，最后通過液晶顯示模塊將超聲信號(hào)的頻率值實(shí)時(shí)顯示在液晶顯示器上。作為上述實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)，設(shè)置有用于給檢漏儀提供電源的充電電源接口， 所述充電電源接口與檢漏儀的充電電池連接，用于對(duì)檢漏儀的充電電池充電。作為上述實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)，還設(shè)置有用于檢測充電電源電量的電源指示燈。作為上述實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)，所述單片機(jī)的型號(hào)為AT89C51。以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本實(shí)用新型，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實(shí)用新型的這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求1.煤礦用瓦斯抽放管道超聲波檢漏儀，其特征在于包括超聲波探頭、信號(hào)放大電路、 音頻處理電路，所述超聲波探頭用于獲取管道泄漏產(chǎn)生的泄漏超聲波信號(hào)，所述泄漏超聲波信號(hào)經(jīng)過信號(hào)放大電路后輸入到音頻處理電路，所述音頻處理電路將泄漏超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)化為人耳可聽的低頻信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦用瓦斯抽放管道超聲波檢漏儀，其特征在于所述信號(hào)放大電路包括前置放大電路、帶通濾波電路和二次放大電路，所述前置放大電路將獲取的泄漏超聲波信號(hào)進(jìn)行電壓放大，所述帶通濾波電路用于濾掉泄漏超聲波信號(hào)中的背景噪聲和電路中器件或電路產(chǎn)生的噪聲，所述帶通濾波電路的輸入端與前置放大電路的輸出端連接，所述二次放大電路的輸入端與帶通濾波電路的輸出端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的煤礦用瓦斯抽放管道超聲波檢漏儀，其特征在于所述音頻處理電路音頻處理電路包括本振電路、混頻器、功率驅(qū)動(dòng)電路，所述本振電路產(chǎn)生的振蕩信號(hào)輸入到混頻器中，所述混頻器的另一輸入端接收信號(hào)放大電路的輸出信號(hào)，所述混頻器的輸出端與功率驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤礦用瓦斯抽放管道超聲波檢漏儀，其特征在于還包括頻率顯示電路，所述頻率顯示電路的輸入端與信號(hào)放大電路的輸出端連接，所述頻率顯示電路用于實(shí)時(shí)顯示超聲波信號(hào)的頻率值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤礦用瓦斯抽放管道超聲波檢漏儀，其特征在于還包括單片機(jī)控制器，所述單片機(jī)控制器的輸入端與信號(hào)放大電路的輸出端連接，所述單片機(jī)控制器的輸出端與液晶顯示電路的輸入端連接，用于控制頻率顯示電路的頻率顯示。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤礦用瓦斯抽放管道超聲波檢漏儀，其特征在于所述單片機(jī)控制器包括信號(hào)采集模塊、信號(hào)放大模塊、濾波模塊、液晶顯示模塊，所述信號(hào)采集模塊， 用于采集超聲波探頭獲取的管道泄漏產(chǎn)生的泄漏超聲波信號(hào)；信號(hào)放大模塊，用于將泄漏超聲波信號(hào)進(jìn)行放大處理；濾波模塊，用于濾掉泄漏超聲波信號(hào)中的背景噪聲和電路中器件或電路產(chǎn)生的噪聲；液晶顯示模塊，用于實(shí)時(shí)顯示超聲信號(hào)的頻率值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的煤礦用瓦斯抽放管道超聲波檢漏儀，其特征在于還設(shè)置有用于給檢漏儀提供電源的充電電源接口，所述充電電源接口與檢漏儀的充電電池連接，用于對(duì)檢漏儀的充電電池充電。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的煤礦用瓦斯抽放管道超聲波檢漏儀，其特征在于還設(shè)置有用于檢測充電電源電量的電源指示燈。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的煤礦用瓦斯抽放管道超聲波檢漏儀，其特征在于所述單片機(jī)的型號(hào)為AT89C51。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種煤礦用瓦斯抽放管道超聲波檢漏儀，涉及一種氣體泄漏檢測儀器，包括超聲波探頭、信號(hào)放大電路、音頻處理電路、頻率顯示電路、單片機(jī)控制器，超聲波探頭用于獲取管道泄漏產(chǎn)生的泄漏超聲波信號(hào)，泄漏超聲波信號(hào)經(jīng)過信號(hào)放大電路后輸入到音頻處理電路，音頻處理電路將泄漏超聲波高頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為人耳可聽的低頻信號(hào)，頻率顯示電路實(shí)時(shí)顯示超聲波信號(hào)的頻率值，本實(shí)用新型采用超聲波探頭來獲取管道泄漏產(chǎn)生的泄漏超聲波信號(hào)，將泄漏超聲波高頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為低頻信號(hào)或?qū)⒊暡ㄐ盘?hào)的頻率值通過頻率顯示電路實(shí)時(shí)顯示，該檢漏儀成本低、使用方便、速度快、準(zhǔn)確可靠、便于現(xiàn)場檢測，適用于煤礦井下爆炸性氣體環(huán)境下的瓦斯輸送管道的氣體泄漏檢測。
文檔編號(hào)F17D5/06GK202024097SQ201120131338
公開日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者任文賢, 劉勝, 劉虎, 吳益曉, 周燕, 唐勇, 岳建平, 常宇, 李柏均, 楊娟, 林雪峰, 王藝樹, 邱飛, 邸志強(qiáng) 申請(qǐng)人:煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院