【摘要】：管網(wǎng)承載著物料的輸送,一旦泄漏極易造成嚴重的后果。封閉環(huán)境由于空間的限制,不便于以介入式安裝方式大量安裝儀表與布線,同時為了實現(xiàn)泄漏點的準確定位還要求所有監(jiān)測點具有較高的同步性實現(xiàn)信號的同步采樣。因此,研制一套可以應(yīng)用于封閉空間的、以無線通信形式實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、且具有較高的信號采樣同步性能的管網(wǎng)泄漏非介入式監(jiān)測系統(tǒng)有著重要的意義和應(yīng)用價值。為了實現(xiàn)封閉環(huán)境下管網(wǎng)泄漏信號的多點同步采樣,設(shè)計了一套基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的管網(wǎng)泄漏非介入式監(jiān)測系統(tǒng)。設(shè)計并制作了磁鐵吸附式非介入式傳感節(jié)點機械裝置,通過放置于平板梁兩端的磁鐵,實現(xiàn)裝置的快捷裝卸;通過螺紋調(diào)節(jié)聲波傳感器端面和平板梁的水平標準,實現(xiàn)聲波傳感器端面與管壁的緊密接觸。設(shè)計了以XBee Pro S3B900HP和STM32F407VGT6為核心的無線傳感節(jié)點和協(xié)調(diào)器節(jié)點。根據(jù)傳感節(jié)點的機械尺寸設(shè)計、制作了相應(yīng)的信號調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集/無線傳輸電路,設(shè)計制作了協(xié)調(diào)器電路。通過分析無線傳感節(jié)點在工作中時鐘偏差產(chǎn)生的原因,比較了在無線傳感網(wǎng)絡(luò)時間校正技術(shù)中常見的硬件時鐘同步與軟件時鐘同步方法,利用XBee模塊的信號強度指示值(RSSI)脈寬調(diào)制信號觸發(fā)節(jié)點微處理中斷響應(yīng),校正各個傳感節(jié)點定時器,結(jié)合GPS時間的無線授時,實現(xiàn)多節(jié)點同步采樣的軟硬件相結(jié)合的無線傳感網(wǎng)絡(luò)時間校正,在降低節(jié)點功耗的同時提高了系統(tǒng)的授時精度;傳感節(jié)點以DMA方式實現(xiàn)信號采樣與數(shù)據(jù)的無線傳輸,結(jié)合半滿溢出方式觸發(fā)A/D轉(zhuǎn)換,保證節(jié)點數(shù)據(jù)包完整性的同時最大程度的確保節(jié)點時間校準的準確度。在實驗室模擬的封閉環(huán)境下,以墻壁、WiFi模擬數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼系K和干擾,驗證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆�(wěn)定性;以多節(jié)點采集同一信號的方式驗證了系統(tǒng)同步采樣授時的準確性。搭建了非介入式氣體管網(wǎng)泄漏檢測實驗平臺,通過人工模擬泄漏實驗,測試驗證了泄漏監(jiān)測系統(tǒng)漏點定位的準確性。實驗結(jié)果表明:本課題所設(shè)計的封閉環(huán)境下管網(wǎng)泄漏非介入式監(jiān)測系統(tǒng)具有較高的抗干擾性與避障能力,時間同步準確,泄漏點定位精度較高,為封閉環(huán)境下管網(wǎng)的安全預(yù)警監(jiān)測提供了一種有效的技術(shù)手段。
【圖文】：

入式監(jiān)測系統(tǒng)，通過非介入式安裝在管道外壁的聲波傳感器實時、連續(xù)地監(jiān)測管道內(nèi)逡逑部的聲波信號。逡逑如圖２－１所示，在泄漏點產(chǎn)生的泄漏聲波信號沿著管道內(nèi)部介質(zhì)向上、下游傳播。逡逑在傳播過程中，泄漏聲波信號會迫使對應(yīng)位置的管壁產(chǎn)生微小形變以非介入方式逡逑安裝于管壁上的壓電式聲波傳感器可以實時感測安裝位置的這種機械形變。通過對多逡逑個（兩個或兩個以上）傳感器安裝位置采集到的聲波信號的分析與處理，實現(xiàn)管道泄逡逑漏的非介入式實時監(jiān)測。逡逑ｐｍｍｉｍ邐泄漏點邐聲波｜感器２逡逑Ｙ逡逑栤感器ｉ邐灥邐聲波Ｉ感器２逡逑Ｖ邐Ｖ逡逑栤感Ｉ邐灥邐Ｔ器２逡逑ｅＬ邐４邋ｂ邐ｔ２逡逑Ｖ邐Ｖ逡逑圖２－１不同時刻泄漏聲波信號圖逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｌｅａｋａｇｅ邋ａｃｏｕｓｔｉｃ邋ｓｉｇｎａｌ邋ａｔ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｔｉｍｅ逡逑１１逡逑

漏產(chǎn)生的聲波信號沿兩只傳感器之間的管道內(nèi)部輸送介質(zhì)向管段兩端傳播，通過計算逡逑兩個聲波傳感器檢測到泄漏聲波信號的時間差，再結(jié)合聲波在管道內(nèi)部介質(zhì)中的傳播逡逑速度以及管段的長度，即可得出泄漏點位置，其原理如圖２－２所示。逡逑聲波傳感器１邐聲波傳感器２逡逑■邐泄懥點邐■逡逑（］￣＾邋Ｖｕｐ邋＜—年邐？邋Ｖ—逡逑＾邐ｘ邐逡逑？邐？逡逑Ｌ逡逑圖２－２聲波法定位原理逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｔｈｅ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ａｃｏｕｓｔｉｃ邋ｓｉｇｎａｌ邋ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ逡逑由聲波在管道內(nèi)的傳播原理可知逡逑＝邋（２－１）逡逑Ｖ邋Ｖ，邐；逡逑ｕｐ邐ｄｏｗｎ逡逑式中，Ｘ表示泄漏點距上游傳感器的距離，Ｌ表示管上、下游傳感器間的距離，Ｖｕｐ逡逑表示聲波向上游的傳播速度，表示聲波向下＇游的傳播速度，Ａｔ表示池漏聲波信逡逑號傳輸?shù)絻啥寺暡▊鞲衅鞯臅r間差。２－１式可轉(zhuǎn)化為：逡逑ＡｔｘＶ邋ｘＶ，邋＋邋Ｋ邋ｘ邋Ｌ逡逑＾邋—邋邐ｕｐ邐ｄｏｗｎ邐ｕｐ邐邋（２邋２）逡逑＝邋ＫＰ邋＋邋Ｌ逡逑可以簡單準確的計算出泄漏點所在位置。逡逑２．２封閉環(huán)境下管網(wǎng)泄漏非介入式監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)難點分析逡逑任何一種管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)都要求各個監(jiān)測節(jié)點進行信號同步采樣。為了保證信逡逑號的同步采樣，一種通用的方法是采用ＧＰＳ授時，各個監(jiān)測節(jié)點通過實時接收ＧＰＳ逡逑時間，，校正本地時鐘，提高系統(tǒng)的時間精度，實現(xiàn)各個監(jiān)測點信號的同步采樣［３９］。逡逑這種采用ＧＰＳ的信號同步采樣方法，不僅要求每個監(jiān)測節(jié)點都裝備一套ＧＰＳ天逡逑線和ＧＰＳ接收機
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U178

【參考文獻】

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本文編號：2628144