【摘要】：管網(wǎng)承載著物料的輸送,一旦泄漏極易造成嚴(yán)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(shí)現(xiàn)泄漏點(diǎn)的準(zhǔn)確定位還要求所有監(jiān)測點(diǎn)具有較高的同步性實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)封閉環(huán)境下管網(wǎng)泄漏信號的多點(diǎn)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(diǎn)機(jī)械裝置,通過放置于平板梁兩端的磁鐵,實(shí)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(biāo)準(zhǔn),實(shí)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(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。根據(jù)傳感節(jié)點(diǎn)的機(jī)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(diǎn)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(qiáng)度指示值(RSSI)脈寬調(diào)制信號觸發(fā)節(jié)點(diǎn)微處理中斷響應(yīng),校正各個傳感節(jié)點(diǎn)定時器,結(jié)合GPS時間的無線授時,實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)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(diǎn)功耗的同時提高了系統(tǒng)的授時精度;傳感節(jié)點(diǎn)以DMA方式實(shí)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(diǎn)數(shù)據(jù)包完整性的同時最大程度的確保節(jié)點(diǎn)時間校準(zhǔn)的準(zhǔn)確度。在實(shí)驗(yàn)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(yàn)證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆�(wěn)定性;以多節(jié)點(diǎn)采集同一信號的方式驗(yàn)證了系統(tǒng)同步采樣授時的準(zhǔn)確性。搭建了非介入式氣體管網(wǎng)泄漏檢測實(shí)驗(yàn)平臺,通過人工模擬泄漏實(shí)驗(yàn),測試驗(yàn)證了泄漏監(jiān)測系統(tǒng)漏點(diǎn)定位的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)確,泄漏點(diǎn)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(shí)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(diǎn)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(shí)時感測安裝位置的這種機(jī)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(shí)現(xiàn)管道泄逡逑漏的非介入式實(shí)時監(jiān)測。逡逑ｐｍｍｉｍ邐泄漏點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(zhǔn)確的計算出泄漏點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)進(jìn)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(diǎn)通過實(shí)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(shí)現(xiàn)各個監(jiān)測點(diǎn)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(diǎn)都裝備一套ＧＰＳ天逡逑線和ＧＰＳ接收機(jī)
【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(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 黃戰(zhàn)華;廖可;蔡懷宇;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)高精度硬件時鐘同步方法[J];計算機(jī)工程;2013年12期

2 黃雪兵;孔令成;張志華;孫慶元;;便攜式無線傳感網(wǎng)絡(luò)測試系統(tǒng)研究[J];儀表技術(shù)與傳感器;2013年11期

3 丁業(yè)平;文玉梅;劉勝;楊進(jìn);林雪峰;;管網(wǎng)檢測的無線傳感網(wǎng)絡(luò)信息采集同步[J];傳感技術(shù)學(xué)報;2013年10期

4 謝騰;陳壽元;邵增珍;;基于ZigBee和ARM技術(shù)的森林火情監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[J];電子設(shè)計工程;2012年04期

5 莊須葉;王浚璞;鄧勇剛;黃濤;姚軍;田鵬;;光纖傳感技術(shù)在管道泄漏檢測中的應(yīng)用與進(jìn)展[J];光學(xué)技術(shù);2011年05期

6 姜春雷;郭遠(yuǎn)博;付興濤;王天昊;;基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的供熱管網(wǎng)泄漏檢測技術(shù)[J];大慶石油學(xué)院學(xué)報;2011年03期

7 徐世武;王平;黃f^;施文灶;何花;;基于ZigBee節(jié)點(diǎn)的自組織網(wǎng)絡(luò)設(shè)計[J];電子測量技術(shù);2010年10期

8 劉海英;馮文秀;;無線傳感網(wǎng)絡(luò)在管道輸送監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J];工業(yè)控制計算機(jī);2010年08期

9 李戰(zhàn)明;李泉;殷培峰;;基于ZigBee的環(huán)境監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計[J];電子測量技術(shù);2010年06期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 趙全;非介入式危化品輸送管道泄漏檢測方法研究[D];北京化工大學(xué);2017年

2 王曉東;提高聲波法管道泄漏檢測準(zhǔn)確性的方法研究[D];北京化工大學(xué);2016年

3 曾文兵;基于STM32F407的視頻采集與傳輸系統(tǒng)設(shè)計[D];華中師范大學(xué);2016年

4 楊承侃;ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時間同步算法研究[D];上海交通大學(xué);2015年

5 黎康盛;Zigbee網(wǎng)絡(luò)精確時鐘同步技術(shù)研究[D];北方工業(yè)大學(xué);2015年

6 楊朔;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時間同步算法研究[D];中南大學(xué);2014年

7 王冬旭;非介入式氣體管道泄漏檢測實(shí)驗(yàn)研究[D];北京化工大學(xué);2010年

本文編號：2628144