一种管道液体泄漏监测报警定位系统及方法

技术领域

本发明涉及管道液体监测技术领域，特别是涉及一种管道液体泄漏监测定位报警系统及方法。

背景技术

管道运输是铁路、公路、航空、水运并驾齐驱的五大运输行业之一。利用管道输运液体时，管道会出现不同程度的老化、弯折、渗漏或泄漏，现有技术中，通常采用人工定期检测的办法对管道进行检测或维护，但不能解决突发性和不可预见性的管道泄漏，造成液体的流失和经济损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种管道液体泄漏监测报警定位系统及方法，以及时、准确地对管道液体泄漏进行监测、报警和定位。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种管道液体泄漏监测报警定位系统，所述系统包括：泄漏监测系统、泄漏定位系统、无线通信模块和远程监控端；

所述泄漏监测系统包括多个流量计；多个所述流量计分别一一对应地设置在多个管段连接处；所述泄漏定位系统设置于管道的外壁上，并可以沿着所述管道的外壁移动；

多个所述流量计的信号输出端均通过所述无线通信模块与所述远程监控端连接，多个所述流量计用于监测多个管段连接处液体的流量，并将监测到的多个管段连接处液体的流量均传输至所述远程监控端；

所述远程监控端通过所述无线通信模块与所述泄漏定位系统连接，所述远程监控端用于当相邻两个管段连接处液体的流量差大于或等于流量差阈值时，确定泄漏管段，并通过所述无线通信模块向所述泄漏定位系统发送移动指令，控制所述泄漏定位系统移动至所述泄漏管段的位置；

所述泄漏定位系统用于在泄漏管段的位置接收液体泄漏声波，将所述液体泄漏声波转换为液体泄漏声波数字电信号，并将所述液体泄漏声波数字电信号通过无线通信模块传输至所述远程监控端；

所述远程监控端还用于根据所述液体泄漏声波数字电信号定位液体泄漏点，并发出报警。

可选的，所述泄漏定位系统包括：第一泄漏定位装置和第二泄漏定位装置；

所述第一泄漏定位装置设置在管道的一端外壁上，所述第二泄漏定位装置设置在管道的另一端外壁上；

所述第一泄漏定位装置和所述第二泄漏定位装置分别通过所述无线通信模块与所述远程监控端连接；

所述第一泄漏定位装置用于根据移动指令在所述远程监控端的控制下移动至所述泄漏管段的一端，接收液体泄漏声波，获得第一液体泄漏声波，将所述第一液体泄漏声波转换为第一液体泄漏声波数字电信号，并将所述第一液体泄漏声波数字电信号通过无线通信模块传输至所述远程监控端；

所述第二泄漏定位装置用于根据移动指令在所述远程监控端的控制下移动至所述泄漏管段的另一端，接收液体泄漏声波，获得第二液体泄漏声波，将所述第二液体泄漏声波转换为第二液体泄漏声波数字电信号，并将所述第二液体泄漏声波数字电信号通过无线通信模块传输至所述远程监控端。

可选的，所述第一泄漏定位装置包括：次声波传感器、主控制芯片、数据处理单元和驱动装置；

所述次声波传感器和所述主控制芯片均设置在所述驱动装置上；

所述主控制芯片通过所述无线通信模块与所述远程监控端连接，所述主控制芯片用于接收所述远程监控端发送的移动指令；

所述驱动装置与所述主控制芯片连接，所述驱动装置用于根据所述主控制芯片接收的移动指令移动至所述泄漏管段的一端；

所述次声波传感器与所述数据处理单元连接，所述次声波传感器用于接收液体泄漏声波，获得第一液体泄漏声波，并将所述第一液体泄漏声波传输至所述数据处理单元；

所述数据处理单元通过所述无线通信模块与所述远程监控端连接，所述数据处理单元用于将所述第一液体泄漏声波转换为第一液体泄漏声波数字电信号，并将所述第一液体泄漏声波数字电信号通过无线通信模块传输至所述远程监控端。

可选的，所述第一泄漏定位装置还包括：GPS单元；

所述GPS单元与所述数据处理单元连接，所述GPS单元用于向所述数据处理单元提供标准的时间信号；

所述GPS单元还用于通过所述无线通信系统将所述第一泄漏定位装置的位置发送至所述远程监控端。

可选的，所述无线通信模块为LoRa通信模块或Zigbee通信模块。

可选的，所述远程监控端为计算机、平板或手机。

一种管道液体泄漏监测报警定位方法，应用于所述的管道液体泄漏监测报警定位系统，所述方法包括：

获取多个管段连接处液体的流量；

获取相邻两个管段连接处液体的流量差，并判断相邻两个管段连接处液体的流量差是否大于或等于流量差阈值；

若相邻两个管段连接处液体的流量差大于或等于流量差阈值，则将流量差大于或等于流量差阈值的相邻两个管段连接处之间的管段确定为泄漏管段；

控制泄漏定位系统移动至所述泄漏管段的位置；

获得在泄漏管段的位置处的液体泄漏声波数字电信号；

根据所述液体泄漏声波数字电信号定位液体泄漏点，并发出报警。

可选的，所述获得在泄漏管段的位置处的液体泄漏声波数字电信号，具体包括：

所述泄漏定位系统中的第一次声波传感器接收液体泄漏声波，获得第一液体泄漏声波，同时所述泄漏定位系统中的第二次声波传感器接收液体泄漏声波，获得第二液体泄漏声波；

将所述第一液体泄漏声波转换为第一液体泄漏声波数字电信号，并将所述第二液体泄漏声波转换为第二液体泄漏声波数字电信号。

可选的，根据所述液体泄漏声波数字电信号定位液体泄漏点，具体包括：

根据所述第一液体泄漏声波数字电信号和所述第二液体泄漏声波数字电信号，利用互相关分析法，确定所述第一液体泄漏声波数字电信号与所述第二液体泄漏声波数字电信号的时间差，并确定接收液体泄漏超声波时间较早的次声波传感器为基准次声波传感器；

根据所述时间差和所述第一次声波传感器与所述第二次声波传感器之间的间距，利用公式

根据所述距离和所述基准次声波传感器的位置，获得液体泄漏点的位置。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种管道液体泄漏监测报警定位系统及方法，设置在管段连接处的流量计监测管段连接处液体的流量，远程监控端判断相邻两个管段连接处液体的流量差大于或等于流量差阈值时，确定泄漏管段，控制泄漏定位系统移动至泄漏管段的位置接收液体泄漏声波并转换为液体泄漏声波数字电信号，最后根据液体泄漏声波数字电信号定位液体泄漏点，同时发出报警。本发明通过无线传输的方式，实时远程监控管道输运液体的状况，及时发现液体泄漏，准确地定位液体泄漏点，同时发出报警信号，提醒维护人员对管道进行检修，降低了液体泄漏所造成的损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种管道液体泄漏监测报警定位系统的简易结构图；

图2为本发明提供的一种管道液体泄漏监测报警定位方法的流程图；

符号说明：1-流量计，2-第一次声波传感器，3-第二次声波传感器，4-泄漏管段。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种管道液体泄漏监测报警定位系统及方法，以及时、准确地对管道液体泄漏进行监测、报警和定位。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种管道液体泄漏监测报警定位系统，如图1所示，系统包括：泄漏监测系统、泄漏定位系统、无线通信模块和远程监控端。

泄漏监测系统包括多个流量计1。多个流量计1分别一一对应地设置在多个管段连接处。泄漏定位系统设置于管道的外壁上，并可以沿着管道的外壁移动。

多个流量计1的信号输出端均通过无线通信模块与远程监控端连接，多个流量计1用于监测多个管段连接处液体的流量，并将监测到的多个管段连接处液体的流量均传输至远程监控端。

远程监控端通过无线通信模块与泄漏定位系统连接，远程监控端用于当相邻两个管段连接处液体的流量差大于或等于流量差阈值时，确定泄漏管段4，并通过无线通信模块向泄漏定位系统发送移动指令，控制泄漏定位系统移动至泄漏管段4的位置。

泄漏定位系统用于在泄漏管段4的位置接收液体泄漏声波，将液体泄漏声波转换为液体泄漏声波数字电信号，并将液体泄漏声波数字电信号通过无线通信模块传输至远程监控端。

远程监控端还用于根据液体泄漏声波数字电信号定位液体泄漏点(如图1中的S点)，并发出报警。

其中，泄漏定位系统包括：第一泄漏定位装置和第二泄漏定位装置。第一泄漏定位装置设置在管道的一端外壁上，第二泄漏定位装置设置在管道的另一端外壁上。第一泄漏定位装置和第二泄漏定位装置分别通过无线通信模块与远程监控端连接。

第一泄漏定位装置用于根据移动指令在远程监控端的控制下移动至泄漏管段4的一端，接收液体泄漏声波，获得第一液体泄漏声波，将第一液体泄漏声波转换为第一液体泄漏声波数字电信号，并将第一液体泄漏声波数字电信号通过无线通信模块传输至远程监控端。

第二泄漏定位装置用于根据移动指令在远程监控端的控制下移动至泄漏管段4的另一端，接收液体泄漏声波，获得第二液体泄漏声波，将第二液体泄漏声波转换为第二液体泄漏声波数字电信号，并将第二液体泄漏声波数字电信号通过无线通信模块传输至远程监控端。

第一泄漏定位装置包括：次声波传感器、主控制芯片、数据处理单元和驱动装置。

次声波传感器和主控制芯片均设置在驱动装置上。

主控制芯片通过无线通信模块与远程监控端连接，主控制芯片用于接收远程监控端发送的移动指令。

驱动装置与主控制芯片连接，驱动装置用于根据主控制芯片接收的移动指令移动至泄漏管段4的一端。

次声波传感器与数据处理单元连接，次声波传感器用于接收液体泄漏声波，获得第一液体泄漏声波，并将第一液体泄漏声波传输至数据处理单元。

数据处理单元通过无线通信模块与远程监控端连接，数据处理单元用于将第一液体泄漏声波转换为第一液体泄漏声波数字电信号，并将第一液体泄漏声波数字电信号通过无线通信模块传输至远程监控端。

第一泄漏定位装置还包括：GPS单元。GPS单元与数据处理单元连接，GPS单元用于向数据处理单元提供标准的时间信号。GPS单元还用于通过无线通信系统将第一泄漏定位装置的位置发送至远程监控端。

第二泄漏定位装置的组成结构与第一泄漏定位装置的相同。

第一泄漏定位装置和第二泄漏定位装置的工作原理为：管道发生泄漏时，管道内外会产生压力差，因而会在泄漏点处形成涡流，从而形成声波。泄漏发生后泄漏会持续进行，因而其产生的声波信号是连续信号，通常有较宽的频谱，其包含了关于管道泄漏丰富的信息，诸如泄漏点的位置、强度等。管道泄漏点激发出的弹性波，经介质传播到达次超声波传感器，通过与数据库中存储的正常输送介质时的数据进行对比，可以确定管道发生泄漏，同时利用GPS标定的时间差来计算泄漏点的具体位置。

优选地，无线通信模块为LoRa通信模块或Zigbee通信模块。

优选地，远程监控端为计算机、平板或手机。

本发明还提供了一种管道液体泄漏监测报警定位方法，如图2所示，应用于管道液体泄漏监测报警定位系统，方法包括：

S101，获取多个管段连接处液体的流量。

S102，获取相邻两个管段连接处液体的流量差，并判断相邻两个管段连接处液体的流量差是否大于或等于流量差阈值。

S103，若相邻两个管段连接处液体的流量差大于或等于流量差阈值，则将流量差大于或等于流量差阈值的相邻两个管段连接处之间的管段确定为泄漏管段4。

S104，控制泄漏定位系统移动至泄漏管段4的位置。

S105，获得在泄漏管段4的位置处的液体泄漏声波数字电信号，具体包括：

泄漏定位系统中的第一次声波传感器2(位于图1中的A点)接收液体泄漏声波，获得第一液体泄漏声波，同时泄漏定位系统中的第二次声波传感器3(位于图1中的B点)接收液体泄漏声波，获得第二液体泄漏声波。

将第一液体泄漏声波转换为第一液体泄漏声波数字电信号，并将第二液体泄漏声波转换为第二液体泄漏声波数字电信号。

S106，根据液体泄漏声波数字电信号定位液体泄漏点，并发出报警，具体包括：

根据第一液体泄漏声波数字电信号和第二液体泄漏声波数字电信号，利用互相关分析法，确定第一液体泄漏声波数字电信号与第二液体泄漏声波数字电信号的时间差，并确定接收液体泄漏超声波时间较早的次声波传感器为基准次声波传感器(如图1中位于B点的第二次声波传感器3)。

根据时间差和第一次声波传感器2与第二次声波传感器3之间的间距，利用公式

根据距离和基准次声波传感器的位置，获得液体泄漏点的位置。

其中，互相关行分析是时域中描述信号特征的一种重要方法，通过对两个传感器接收到的两个性状相近似的泄漏声信号的波形进行相关运算，可以获得两个信号之间的时间差。

本发明利用两个次声波传感器对液体泄漏点进行定位，两个次声波传感器不工作时位于管道的两端，当可能发生泄漏时，前往可能发生泄漏的管段两端对管段进行检测，在不影响泄漏点检测结果的同时减少了使用次声波传感器的数量。

并且本发明利用无线传输的方式，实时远程监控管道输运液体的状况，并能够及时发现液体泄漏以及准确地定位液体泄漏点，同时发出报警信号，提醒维护人员对管道进行检修，降低液体泄漏所造成的损失。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。