[发明专利]基于无线通信的泄漏检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及流体泄漏检测技术，具体说是一种基于无线通信的泄漏检测装置。

背景技术

在气体输送管道、阀门或压力容器存在漏孔或缝隙的情况下，由于内部气体和外部大气间存在压力差，外泄的气体在通过漏孔或缝隙时形成湍流，从而在附近产生一定频率的声波。在漏孔或缝隙尺寸比较小的情况下(孔径小于1mm)，产生大于20KHz、人耳不能听到的超声声波。超声波的能量随着距离的增加迅速衰减，因此通过检测气体泄漏所产生的超声波信号，可以迅速检测到气体的泄漏和泄漏位置。其不足之处在于该种方法仅限于现场操作。

无线传感网技术近年来得到快速发展，一般采用多跳(multi-hop)、对等(peer to peer)的无线通信方式，具有自主组网、网络规模可变、节点可大量部署、无人值守等特点，同时可以通过休眠机制降低节点能耗。但该种方法还没有应用于通过检测流体泄漏所产生的超声波信号来检测到气体的泄漏和泄漏位置的场合。

结合无线传感网技术与超声检测技术，既可以降低气体泄漏检测装置的成本，同时也可以采用电池作为供电电源，降低其功耗；安装简单，检测仪表可以采用非侵入式安装的方式，对已有系统不会造成任何影响；检测仪表可无需人工维护，会降低了人力成本和潜在风险；但目前这种一体化的结合方式采用自主组网技术、实现系统的维护和系统规模扩展的方法还尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供了一种基于无线通信的泄漏检测装置，它把无线通信技术和超声检测技术相结合，依靠检测流体泄漏时所产生的超声信号实现泄漏的检测和定位。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明涉及以下几项关键技术：

1)流体泄漏超声信号检测技术；

2)无线通信技术；

本发明技术方案包括：

-超声信号处理模块，接收超声传感器对流体泄漏所检测的超声波信号，通过模拟信号放大电路对流体泄漏所产生的超声信号进行放大，并运行超声信号处理程序；

-无线通信模块，接收超声信号处理模块的信号，运行无线通信协议栈，负责无线通信功能。

其中：所述超声信号处理模块由微控制器、模拟/数字转换器和模拟信号放大电路组成，以微控制器为核心，通微控制器过模拟/数字转换器与模拟信号放大电路相连，并运行超声信号处理程序；模拟信号放大电路通过模拟/数字转换器与微控制器通讯，对微弱超声信号进行放大，并将其转换为电压信号；

所述模拟信号放大电路由运算放大器组成，其中所述第一运算放大器通过超声信号检波整流电路与第二运算放大器的输入端相连接，并通过阻容电路与模拟/数字转换器相连；所述第二运算放大器通过放大匹配电路与第三运算放大器相连；所述第三运算放大器通过带通滤波电路与超声传感器相连。

所述无线通信模块运行无线通信协议栈，无线通信协议栈包括具有数据的发送和接收功能的应用层模块、网络层模块和数据链路层模块；具体如下：

所述应用层模块负责应用层的通信和维护功能，接收来自超声信号处理模块中微控制器的数据，对所接收的数据按照所定义的应用层帧格式进行封装发送；同时接收网络层模块数据，并对从网络层模块接收的数据进行解析，按照数据的内容执行应用层操作；

所述网络层模块负责网络层通信和维护功能，接收应用层模块数据，对所接收的数据按照所定义的网络层帧格式进行封装发送；接收数据链路层模块的数据，同时对从数据链路层模块接收的数据进行解析，按照数据的内容执行网络层操作；

所述数据链路层模块，负责数据链路层的通信和维护功能，接收网络层模块的数据，对所接收的数据按照所定义的数据链路层帧格式进行封装发送至无线网络；同时对从无线网络接收的数据进行解析，按照数据的内容执行数据链路层操作。

其中所述应用层模块所定义应用层帧格式为：具有统一的应用层帧头部分和数据部分；所述应用层帧头部分包括：帧控制字段，为8位字段，用来指示应用层帧是请求帧还是响应帧，同时用来指示应用层帧是否需要确认；序列号字段，为该帧的应用层发送序号；命令字段，用来指示应用层帧命令类型；

所述应用层模块的应用层帧命令类型包括获取位号命令帧、设置位号命令帧、设置采样周期命令帧和数据发布命令帧；所述设置位号命令帧、设置采样周期命令帧和数据发布命令帧具有数据部分，设置位号命令帧的数据部分为需设置的位号信息；设置采样周期命令帧的数据部分为采样周期时间；数据发布命令帧的数据部分为需要发送的数据信息。