[发明专利]一种埋地燃气管道泄露源定位的装置和算法

说明书

本发明公开一种埋地燃气管道泄漏源定位的装置和算法，包括传感器阵列，阵列由中央声发射传感器，以及外围的26个甲烷传感器组成，外围传感器与中央传感器通过伸缩杆相连接，伸缩杆内部装有电机，能接收信号自由伸缩。包括控制主板，其中包括RAM储存器、CPU处理器、RTC实时时钟和FPGA，负责信息的储存和简单处理。两个放大器，分别连接阵列中的外围和中央传感器，用于放大信号。控制主板后依次连接信号转换装置和无线通讯装置，无线通讯装置分别从两条线路向控制中心传递甲烷浓度信息以及声场信息。最后还包括控制中心，控制中心提供高性能计算机用于数据处理，同时还具有发出燃气管道泄漏预警、人员调度以及显示泄露源位置等功能。

技术领域

本发明涉及埋地燃气管道泄漏定位的公共安全科学领域，具体来说是一种通过传感器阵列测量数据，并利用控制中心内置的算法计算分析得出泄露源位置的系统。

背景技术

目前，我国燃气管道总长度已达到5.5万公里，一些早年埋设的管网由于管道母材不合格、焊接质量存在缺陷、长期受到土壤中水分及化学成分的腐蚀、地质沉降和泥石流等影响，使管壁穿孔造成燃气泄漏事故。由于土壤的覆盖以及地下设施的干扰，泄漏发生后很难短时间对泄露源进行精准定位，造成事故的进一步扩大。目前常用的定位方式有人工检测法、示踪剂法、光纤检测法以及负压波法等，其中人工检测法需耗费大量人力，并且工作效率低下；示踪剂法操作周期长；光纤法灵敏度高，但价格昂贵且需要在埋设管道时提前敷设光纤；而负压波法的缺点在于对装置的要求很高，装置需及时的捕捉负压波信号。因此，针对埋地燃气管道泄漏问题，应当设计一种便于实现且可以重复利用的系统，来对泄露源进行定位。

发明内容

本发明的目的在于设计一种埋地燃气管道泄露源的定位装置，并研究得出一种通过测量甲烷浓度来实现快速、准确地定位泄露源的算法，装置用来获取泄漏管道附近土壤的甲烷浓度，算法内置于计算机中以求解变量，最终实现泄露源的定位。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种埋地燃气管道泄漏源定位装置，包括3×3×3的传感器阵列，放大器，控制主板，信号转换装置，无线通讯装置，控制中心，控制器以及供电装置。

其中，所述3×3×3的传感器阵列，其特征在于，所述传感器阵列由3×3×3的传感器所组成，阵列中央的传感器为声发射传感器，外围的26个传感器为甲烷传感器。外围传感器与中央传感器之间通过一根伸缩杆固定连接，伸缩杆原长0.4m，最大可伸长至1.2m。所述外围传感器上设有刀片，便于传感器深入土壤，所述刀片外围设有凹槽，防止土壤颗粒堵塞伸缩杆。所述伸缩杆由三段不同粗细的杆相互嵌套，粗杆位于外围，细杆位于最内部，这样设计可以防止伸缩杆堵塞停止运行。所述伸缩杆内部装有电机，电机具有信号接收功能，在传感器阵列埋入土壤后，若传感器之间的甲烷浓度区分性不大，则可以向电机发送信号，控制伸缩杆伸长，以此改变传感器所在位置。

其中，所述放大器与传感器阵列直接相连，另一端与控制主板相连。

其中，所述控制主板有RAM存储器、CPU处理器、FPGA和RTC实时时钟所组成，整个控制主板由外接的供电装置进行供电。

其中，所述信号转换装置与控制主板的CPU处理器相连，无线通讯装置与信号转换装置相连，无线通讯装置将处理得到的信息发送到控制中心的高性能计算机。

其中，所述控制器与控制主板中的FPGA相连，接收远程高性能计算机传输的信息，另一端与传感器阵列相连，负责对阵列中的电机发送调节信号。

其中，另一个放大器、信号转换装置和无线通讯装置直接连接传感器阵列，与控制中心保持联系，负责声发射传感器数据的传输。

其中，所述控制中心设置高性能计算机，可对大量数据进行处理，计算机中内置算法，可根据甲烷浓度和甲烷浓度上升速度对泄漏孔大小和传感器距泄漏孔距离进行求解，计算机计算处理数据实现定位后，可将泄露源位置在显示面板上显示出来。