專利名稱：熱石油管道泄露檢測系統(tǒng)供電裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于管道檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種熱石油管道泄露檢測系統(tǒng)供電裝置及控制方法。
背景技術(shù)：
隨著管道內(nèi)檢測技術(shù)的發(fā)展，各種先進的檢測設(shè)備應用于管道泄露檢測領(lǐng)域。目前管道泄漏檢測設(shè)備定位技術(shù)很大一部分是基于加速度傳感器和無線通信裝置，通過在陸地相隔一定距離安放加速度傳感器和無線通訊裝置，加速度傳感器檢測到異常的壓力信號后，通過無線通訊裝置將接收到的異常信號傳給上位機，上位機對接收到的壓力信號進行分析處理，準確的判斷出泄漏位置；由于加速度傳感器和通訊裝置安裝在戶外，這樣供電成為該技術(shù)推廣的一個難題，常由于自身電源系統(tǒng)失效等故障無法發(fā)送異常信號，控制中心失去了與地面的聯(lián)系，影響了上位機的定位，有的甚至造成嚴重的經(jīng)濟損失。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種熱石油管道泄露檢測系統(tǒng)供電裝置及控制方法。該裝置包括熱電偶、中間導體、濾波整流模塊、充電器、充電電源、傳感器通訊裝置和DSP控制模塊；傳感器通訊裝置包括加速度傳感器和無線通訊模塊；熱電偶工作端附著在石油管道表面，為了充分利用石油管道表面的熱量，熱電偶需要與管壁充分的接觸，因此，與石油管道接觸的熱電偶的工作端要做的足夠大，附著在管道表面，冷端通過絕緣處理與大地連接，熱電偶的中間通過中間導體連接濾波整流模塊的輸入端，將熱電偶產(chǎn)生的電動勢接入濾波整流模塊，保證產(chǎn)生的電能充分利用，中間導體的材料要均勻，長度合適，接入熱電偶回路中。濾波整流模塊的輸出端連接充電器，充電器連接充電電源，充電電源連接加速度傳感器和無線通訊模塊，DSP控制模塊分別連接濾波整流模塊、充電器和充電電源。該裝置的控制方法，按如下步驟進行步驟一、DSP控制模塊接收從熱電偶出來的電動勢信號，將電動勢信號經(jīng)過DSP控制模塊內(nèi)部的調(diào)理電路處理以后，變成額定的電壓信號輸入DSP控制模塊的A/D采樣通道，
通過公}計算在一個周期內(nèi)的開通時間t，其中U為熱電偶的輸出電壓，Utl為預設(shè)
的輸出電壓，T為周期，通過SPWM技術(shù)控制濾波整流電路中可控開關(guān)一個周期的開通時間， 使電路輸出穩(wěn)定的電壓；步驟二、當熱電偶的輸出電動勢信號很小，低于閥值設(shè)定電壓時，此時為保證供電電路不成為電源的負載，將電動勢信號經(jīng)過DSP控制模塊內(nèi)部的調(diào)理電路處理以后，變成額定的電壓信號輸入DSP控制模塊的A/D采樣通道，當電壓小于Umin時，通過中斷進入程序控制DSP控制模塊通用輸入輸出引腳產(chǎn)生脈沖信號，并關(guān)斷控制開關(guān)；步驟三、加速度傳感器將采集到的壓力信號傳給DSP控制模塊，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號， 并將壓力值儲存在數(shù)據(jù)表中，根據(jù)采集到的曲線的壓力大小及變化曲線，判斷是否為異常壓力信號，如有可能為異常壓力信號，通過中斷進入程序，DSP控制模塊產(chǎn)生脈沖信號激活處于休眠狀態(tài)的無線通訊模塊，當異常壓力信號處理完成，有終端發(fā)信號，使無線通訊模塊再次處于休眠狀態(tài)；步驟四、正常工作時步驟一程序始終運行，步驟三的中斷的優(yōu)先級比步驟二的終端的優(yōu)先級要低。本發(fā)明的優(yōu)點處理器DSP TMS 320LFM07采用兩種工作模式，省電模式和工作模式，當電源的電量低于某一數(shù)值時，處理器及DSP工作于充電模式，當電源的電量充滿的時候，工作于省電模式，并將熱電偶產(chǎn)生的電量通過50K歐姆電阻消耗掉。熱電偶裝配簡單、壓簧式感溫元件、抗震性能好、測溫范圍大、在測溫范圍內(nèi)熱電性質(zhì)穩(wěn)定、不易氧化和腐蝕、制造工藝簡單、價格便宜、能夠適用于各種惡劣的環(huán)境。為了提高加速度傳感器和通訊裝置的使用壽命，當管線的壓力穩(wěn)定時，震蕩傳感器和通訊裝置處于休眠狀態(tài)，當壓力有變化的時候，激發(fā)正當傳感器和通訊裝置處于正常工作狀態(tài)。本發(fā)明采用便攜式檢測方式，大大的節(jié)省了安裝布線的費用，大大降低了系統(tǒng)的造價。本發(fā)明提高了測量的精確度，減少了外界環(huán)境的外部干擾，從而大大減少了誤報率。


圖1為本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明BOOST升壓斬波電路原理圖；圖3為本發(fā)明充電器電路原理圖；圖4為本發(fā)明DSP控制模塊電路原理圖；圖5為本發(fā)明控制方法流程圖；圖6為本發(fā)明石油管道的正常實時壓力曲線；圖7為本發(fā)明石油管道的異常壓力曲線。
具體實施例方式本發(fā)明結(jié)合具體實施例和說明書附圖加以詳細說明。此裝置適用于熱石油長輸管道，管道的外壁溫度可達到80°C，而環(huán)境中的溫度一般是20°C左右，有50°C以上的溫差，利用兩者的溫差，根據(jù)熱電偶的原理，可以將管壁的熱量轉(zhuǎn)化為電能，具體操作是將熱電偶的一端也就是熱端固定在管道表面，另一端(自由端)通過絕緣處理與外部環(huán)境直接接觸，這樣熱電偶的兩端可達到50°C以上的溫差，因此， 將兩端連接成回路，在回路中就會形成一定的電動勢，這種電動勢稱為熱電動勢；根據(jù)中間導體定律(在熱電偶回路中接入中間導體，只要中間導體兩端溫度相同，中間導體的引入對熱電偶回路總電勢沒有影響)，在回路中引入一根導體將產(chǎn)生的電流通過濾波整流電路、 充電器電路為充電電池充電。為了保證電池供電的持久性，引入6組熱電偶產(chǎn)生足夠大的持續(xù)充電電流，保證電池電量。本實施例中濾波整流模塊選用BOOST升壓斬波電路；無線傳輸模塊選用GPRS無線傳輸模塊；DSP控制模塊選用TMS320LFM07 ；熱電偶型號鎳鎘硅-鎳硅WRN ；中間導體是加絕緣外套的導體(金、銀、銅、或者導電良好的合金)；加速度傳感器ADXL203CE。該裝置如圖1所示，包括熱電偶、中間導體、濾波整流模塊、充電器、充電電源、傳感器通訊裝置和DSP控制模塊；傳感器通訊裝置包括加速度傳感器和無線通訊模塊；熱電偶工作端附著在石油管道表面，為了充分利用石油管道表面的熱量，熱電偶需要與管壁充分的接觸，因此，與石油管道接觸的熱電偶的工作端要做的足夠大，附著在管道表面，冷端通過絕緣處理與大地連接，熱電偶的中間通過中間導體連接濾波整流模塊的輸入端，將熱電偶產(chǎn)生的電動勢接入濾波整流模塊，保證產(chǎn)生的電能充分利用，中間導體的材料要均勻，長度合適，接入熱電偶回路中。濾波整流模塊的電壓輸出端U連接充電器的電壓端U,充電器的另一側(cè)電壓端連接充電電源，充電電源連接加速度傳感器和無線通訊模塊，DSP控制模塊的PWMl端口連接濾波整流模塊的控制開關(guān)CK控制引腳，DSP控制模塊的 PWM2端口連接充電器CK2，DSP控制模塊連接充電電源。由于熱電偶產(chǎn)生的電能有限，為了保證能夠合理利用熱電偶產(chǎn)生的電能，將電動勢接入圖2所示的電路。L儲能之后具有使電壓泵升的作用，電容C可將輸出電壓保持住。
可控開關(guān)V有DSP控制，根據(jù)公式U= -i- ^U0 ；根據(jù)輸入的電壓Uo和設(shè)定的電壓U控制開關(guān)
1 一 t
在一個周期內(nèi)的開通時間。充電器電路采用如圖3所示，6反相器的1、2反相器接成矩形波發(fā)生器，剩余的反相器并連起來，用以驅(qū)動開關(guān)管，二極管VD為防逆流二極管，避免充電電池向整流濾波電路放電，為了防止電池的的過充，可控開關(guān)的關(guān)斷通過檢測到的充電電池的電壓是否滿負荷，控制開關(guān)的開通和關(guān)斷，同時考慮輸入電壓U，當供電不足時，使供電電路不得成為電池的負載。加速度傳感器在輸入端加入貝塞爾濾波器，從而減少誤報率。無線通訊模塊的前面加入控制電路，控制無線通訊模塊的工作狀態(tài)。把熱電偶、濾波整流電路、充電器、加速度傳感器和無線通訊模塊組成一個完整的整體，將濾波整流電路、充電器、充電電源以及DSP控制模塊制作在一個電路板上，如圖4所示1，將熱電偶產(chǎn)生的電壓U，經(jīng)過電壓調(diào)理電路變成0-3V的電壓信號，電壓調(diào)理電路如圖3所示，具體描述如下，首先通過電容Cl，將諧波濾除掉，接著經(jīng)過反相跟隨器，這時電壓反相，再經(jīng)過反相比例電路調(diào)整電壓的大小，轉(zhuǎn)化為正相電壓，經(jīng)過最后的抬升電路將電壓轉(zhuǎn)化為0-3V電壓信號輸入到ADCIN00引腳，另外將充電電壓、電源電壓、傳感器壓力信號經(jīng)過同樣的電路分別輸入到DSP的ADCINO 1ADCIN02、ADCIN03引腳。2，時鐘部分外部采用頻率為30M的石英晶體，通過內(nèi)部鎖相環(huán)(PLL)倍頻為150M， 石英晶體的兩個引腳分別連接到DSP的XTALl和XTAL2引腳，另外的引腳經(jīng)過電容接地。3，復位電路采用MAX811芯片，此芯片的引腳1直接接地，引腳2連接到DSP的復位引腳RS，引腳3通過按鍵接地，引腳4與12V電源相連；供電電源采用TPS7333芯片，此芯片的引腳IGND接地，引腳2EN通過電容C連接到12V電源，另一端通過一個極性電容連接到DSP的VDD引腳上，引腳3與引腳4直接連接到12V電源上，引腳5、6、7直接連接到DSP的VDD引腳上，引腳8通過電阻R連接到DSP的VDD引腳上。4,DSP的PWMl引腳首先連接到光電隔離電路的輸入端，光電隔離電路的另一個輸入端接12V電源，光電隔離電路的輸出引腳連接到如圖5所示的升壓驅(qū)動電路的輸入端口， 升壓驅(qū)動電路的輸出端口連接到圖2所示電路的控制開關(guān)CK的控制引腳，DSP的PWM2引腳經(jīng)過相同的電路連接到圖3所示電路的控制開關(guān)CK2的控制引腳。5，DSP的VSS引腳接地，其他引腳懸空。該裝置的控制方法，按如下步驟進行步驟一、DSP控制模塊接收從熱電偶出來的電動勢信號，將電動勢信號經(jīng)過DSP控制模塊內(nèi)部的調(diào)理電路處理以后，變成0-3V的電壓信號輸入DSP控制模塊的A/D采樣通
道，通過公式t=T_}計算在一個周期內(nèi)的開通時間t，其中U為熱電偶的輸出電壓，U。為
預設(shè)的輸出電壓，T為周期，通過SPWM技術(shù)控制濾波整流電路中可控開關(guān)一個周期的開通時間，使得圖2中電路輸出穩(wěn)定的電壓。步驟二、當熱電偶的輸出電動勢信號很小，低于閥值電壓6V時，此時為保證供電電路不成為電源的負載，將電動勢信號經(jīng)過DSP控制模塊內(nèi)部的調(diào)理電路處理以后，變成 0-3V的電壓信號輸入DSP控制模塊的A/D采樣通道，當電壓小于1. 5V時，通過中斷進入程序控制DSP控制模塊通用輸入輸出引腳GPIO產(chǎn)生脈沖信號，關(guān)斷圖3中的控制開關(guān)CK。步驟三、加速度傳感器將采集到的壓力信號傳給DSP控制模塊，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號， 并將最近五分鐘的壓力值儲存在數(shù)據(jù)表中，根據(jù)采集到的曲線的壓力大小及變化曲線，判斷是否為異常壓力信號，正常的壓力曲線如圖6所示異常的壓力曲線如圖7所示如有可能為異常壓力信號，通過中斷進入程序，DSP控制模塊產(chǎn)生脈沖信號激活處于休眠狀態(tài)的無線通訊模塊，當異常壓力信號處理完成，有終端發(fā)信號，使無線通訊模塊再次處于休眠狀態(tài)。步驟四、正常工作時步驟一程序始終運行，步驟三的中斷的優(yōu)先級比步驟二的終端的優(yōu)先級要低。
權(quán)利要求
1.一種熱石油管道泄露檢測系統(tǒng)供電裝置，其特征在于該裝置包括熱電偶、中間導體、濾波整流模塊、充電器、充電電源、傳感器通訊裝置和DSP控制模塊；傳感器通訊裝置包括加速度傳感器和無線通訊模塊；熱電偶工作端附著在石油管道表面，熱電偶冷端通過絕緣處理與大地連接，熱電偶的中間通過中間導體連接濾波整流模塊的輸入端，濾波整流模塊的輸出端連接充電器，充電器連接充電電源，充電電源連接加速度傳感器和無線通訊模塊，DSP控制模塊分別連接濾波整流模塊、充電器和充電電源。
2.采用權(quán)利要求1所述的熱石油管道泄露檢測系統(tǒng)供電裝置的控制方法，其特征在于按如下步驟進行步驟一、DSP控制模塊接收從熱電偶出來的電動勢信號，將電動勢信號經(jīng)過DSP控制模塊內(nèi)部的調(diào)理電路處理以后，變成額定的電壓信號輸入DSP控制模塊的A/D采樣通道，通過公式十算在一個周其月_勺開fflW間t，其中U為熱電偶白勺輸出電壓，隊為預i劃勺輸出電壓，T為周期，通過SPWM技術(shù)控制濾波整流電路中可控開關(guān)一個周期的開通時間，使電路輸出穩(wěn)定的電壓；步驟二、當熱電偶的輸出電動勢信號很小，低于閥值設(shè)定電壓時，將電動勢信號經(jīng)過 DSP控制模塊內(nèi)部的調(diào)理電路處理以后，變成額定的電壓信號輸入DSP控制模塊的A/D采樣通道，當電壓小于Umin時，通過中斷進入程序控制DSP控制模塊輸入輸出引腳產(chǎn)生脈沖信號，并關(guān)斷控制開關(guān)；步驟三、加速度傳感器將采集到的壓力信號傳給DSP控制模塊，DSP控制模塊將采集的壓力信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并將壓力值儲存在數(shù)據(jù)表中，根據(jù)采集到的曲線的壓力大小及變化曲線，判斷是否為異常壓力信號，如有可能為異常壓力信號，通過中斷進入程序，DSP控制模塊產(chǎn)生脈沖信號激活處于休眠狀態(tài)的無線通訊模塊，當異常壓力信號處理完成，有終端發(fā)信號，使無線通訊模塊再次處于休眠狀態(tài)；步驟四、正常工作時步驟一程序始終運行，步驟三的中斷的優(yōu)先級比步驟二的終端的優(yōu)先級要低。
全文摘要
一種熱石油管道泄露檢測系統(tǒng)供電裝置及控制方法，屬于管道檢測技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括熱電偶、中間導體、濾波整流模塊、充電器、充電電源、傳感器通訊裝置和DSP控制模塊；傳感器通訊裝置包括加速度傳感器和無線通訊模塊；該裝置的控制方法，包括1、計算在一個周期內(nèi)的開通時間t；2、將電動勢信號變成額定的電壓信號輸入DSP控制模塊的A/D采樣通道；3、判斷壓力大小及變化曲線是否為異常壓力信號；4、程序始終運行；本發(fā)明的優(yōu)點省電抗震性能好、測溫范圍大、制造工藝簡單、價格便宜、提高了測量的精確度，減少了外界環(huán)境的外部干擾，從而大大減少了誤報率。
文檔編號G05B19/042GK102226873SQ20111007661
公開日2011年10月26日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者馮健, 劉金海, 盧占慶, 張化光, 馬大中, 高丁 申請人:東北大學