本发明专利技术涉及管道无线通信领域，特别是一种基于地下管道的弹性导波无线通信系统及方法，其特征是：至少包括地上通信单元(2)、地下通信单元(1)；所述地下通信单元(1)包括第一控制单元(3)、环形换能器(4)、管道(5)、条形换能器(6)、无线信号发送单位(7)、传感器组(31)、第一控制单元微控制器(32)；所述地上通信单元(2)包括：无线信号发送单位(7)、天线(8)、第二控制单元(9)。它以便能对多节用螺旋接头连接或者无缝焊接起来的地下管道进行通信，最终建立全无线地上地下管道通信网络，解决易燃易爆资源的管道传输中的检测和通信。的管道传输中的检测和通信。的管道传输中的检测和通信。
【技术实现步骤摘要】
一种基于地下管道的弹性导波无线通信系统及方法
[0001]本专利技术涉及管道无线通信领域，特别是一种基于地下管道的弹性导波无线通信系统及方法，适用于带有多个管道接口或无缝焊接的长距离地下管道信号通过管道内壁弹性导波的传输实现管道通信。
技术介绍
[0002]在解决各地区资源分配不均的情况下，以管道输送方法为主。随着数字化时代的到来，管道工作过程中需要将管道内部的工况数据实时的传递给监控中心，方便下一步工作人员的操作。从当前的情况来看，管道信号传输多采用有线或无线通信方式为主，将管道内部的工况数据实时的发送给管道监控中心端。无线通信和有线通信都是通过电磁波传输信号，但对于天然气、液化气等一些易燃易爆油气资源的传输，不能使用电磁场传输信号，会产生电场打火现象，容易造成火灾。 所以在一些天然气、液化气环境下，不使用电磁场传输信号。
[0003]因此，对于基于地下管道的弹性导波无线通信系统的改进可以从三个方面进行：（1）基于地下管道的弹性导波无线通信系统的通信信道是管道。相对于其他通信系统在地下需要搭建网络环境，管道作为通信信道对网络环境要求不高，信号传输更加稳定、可靠。（2）管道内壁的弹性导波作为地下传输信号。首先，相对于地下无线4G、wifi及其他微波信号在管道传输过程中信号衰减很强，而管道内壁弹性导波作为地下管道传输信号在管道中传播速度快、衰减小、可进行远距离传输，有利于通信。其次，管道内壁弹性导波作为地下管道传输信号，管道周围不会出现电磁场，避免了电磁打火这一现象产生。弹性导波作为传输信号解决了液化气，天然气环境限制的问题，具备设备成本降低等优点，成为当前的研究热点。（3）管道另一端接收到的管道内壁弹性导波通过天线发送，在监控端的液晶屏接收信号，实时观看管道工作情况等，实现地上地下全无线通信。
[0004]针对地下管道通信过程中管道内壁弹性波发送和接收，可以根据压电晶体的谐振来震荡的，即压电效应。如果在压电陶瓷材料周围施加一个电场，压电陶瓷材料本身会产生细小的形变，这是将电能转化成机械能的过程，这个过程可以用于管道内壁弹性导波信号的发送。压电陶瓷对压力比较的敏感，对压电陶瓷材料外界施加一个力在其表面，压陶瓷材料表面会产生电荷，这是将机械能转化成电能的过程，这个过程可以用于管道内壁弹性导波信号的接收。然后通过对接收来的管道内壁弹性导波信号分析处理，可达到地下管道无线信号传输的目的。
[0005]目前，多节地下管道无线通信系统这一研究技术还只是局限在理论方面的探讨，缺少系统设计方面的研究，另外在超声换能器与介质的之间的耦合也没有得到更好的解决方法。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是提供一种基于地下管道的弹性导波无线通信系统及方法，以便能
对多节用螺旋接头连接或者无缝焊接起来的地下管道进行通信，最终建立全无线地上地下管道通信网络，解决易燃易爆资源的管道传输中的检测和通信。
[0007]本专利技术的目的是这样实现的，一种基于地下管道的弹性导波无线通信系统，其特征是：至少包括地上通信单元(2)、地下通信单元(1)；所述地下通信单元(1)包括第一控制单元(3)、环形换能器(4)、管道(5)、条形换能器(6)、无线信号发送单位(7)、传感器组(31)、第一控制单元微控制器(32)；所述地上通信单元(2)包括：无线信号发送单位(7)、天线(8)、第二控制单元(9)；所述第一控制单元微控制器(32)通过获取传感器组(31)采集需传输的管道信息，通过控制环形换能器(4)向管道(5)的内壁发送弹性导波，将第一控制单元微控制器(32)的电信号信息转换成高频管道径向振动机械波，以弹性波的形式在管道(5)上传输；在管道(5)的另一端的条形换能器(6)阵列，作为接收管道内壁弹性导波的声电换能器，声电换能器产生的电信号被无线信号发送单位(7)和天线(8)无线发送给第二控制单元(9)读取；第二控制单元(9)的信号处理电路以及解调环节，最后将地下管道环境信息与内部信息通过地上通信单元(1)的外部天线实现无线通信，由第二控制单元微控制器(91)将信息显示在液晶屏显示单元(92)上，实现全无线地上地下管道网络通信；环形换能器(4)作为发送管道内壁弹性导波的声电换能器，将第一控制单元(3)的电信号信息转换成高频管道径向振动机械波，以弹性波的形式在管道(5)上传输；条形换能器(6)阵列作为接收管道(5)内壁弹性导波的声电换能器，由声电换能器和无线信号发送模块接收管道内壁弹性导波并转换为电信号；通过第二控制单元(9)的信号处理电路以及解调环节，最后将地下管道环境信息与内部信息显示在液晶屏上，实现全无线地上地下管道网络通信。
[0008]所述的地上通信单元(2)至少包括：天线（8）、第二单元电源模块（911）、第二单元带通滤波器（912）、第二单元功率放大器（913）、ADC转换电路（915）、信号解调（914）、第二控制单元微控制器（916）和显示单元（92）；第二单元电源模块（911）供给第二单元带通滤波器（912）、第二单元功率放大器（913）、信号解调（914）、ADC转换电路（915）、第二控制单元微控制器（916）和显示单元（92）所需要的电压，天线（8）将接收的无线信息经第二单元带通滤波器（912）滤波，然后经第二单元功率放大器（913）将信号放大，在由信号解调（914）解调，解调后由ADC转换电路（915）转换成数字信号，数字信号经第二控制单元微控制器（916）进行处理，最后显示单元（92）显示地下管道所处环境温湿度以及管道内部流体速度、流体液面、管道内部压强等管道内部信息。
[0009]所述的第一控制单元（3）至少包括传感器组（31）、第一控制单元微控制器（32）、第一单元电源模块（321）、信号放大电路（322）、信号滤波电路（323）、非线性校正电路（324）、信号转换电路（325）、第一信号处理单元（326）、带通滤波器（327）、功率放大器电路（328）；传感器组（31）、第一控制单元微控制器（32）、第一单元电源模块（321）、信号放大电路（322）、信号滤波电路（323）、非线性校正电路（324）、信号转换电路（325）、第一信号处理单元（326）、带通滤波器（327）、功率放大器电路（328）依次电连接；传感器组（31）采集到的信息依次经过电连接的信号放大电路（322）、信号滤波电路（323）、非线性校正电路（324）、信号转换电路（325）到第一信号处理单元（326），由第一信号处理单元（326）进行信号解调将传感器组（31）的各种被测量物理量转换成打包的电信号，在由功率放大器电路（328）和带
通滤波器（327）转换成一定频率，一定幅值的电信号驱动环形换能器（4）工作。
[0010]所述的无线信号发送模块至少包括无线信号发送电源模块（72）、无线发送信号处理器（71）、信号调制单元（73）和功率输出电路（74），管道弹性导波传输的频率一般为低频信号，所以需要无线发送信号处理器（71）将信号经信号调制单元（73）调制成适合地上无线通信的频率，最后由功率输出电路（74）驱动天线本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于地下管道的弹性导波无线通信系统，其特征是：至少包括地上通信单元(2)、地下通信单元(1)；所述地下通信单元(1)包括第一控制单元(3)、环形换能器(4)、管道(5)、条形换能器(6)、无线信号发送单位(7)、传感器组(31)、第一控制单元微控制器(32)；所述地上通信单元(2)包括：无线信号发送单位(7)、天线(8)、第二控制单元(9)；所述第一控制单元微控制器(32)通过获取传感器组(31)采集需传输的管道信息，通过控制环形换能器(4)向管道(5)的内壁发送弹性导波，将第一控制单元微控制器(32)的电信号信息转换成高频管道径向振动机械波，以弹性波的形式在管道(5)上传输；在管道(5)的另一端的条形换能器(6)阵列，作为接收管道内壁弹性导波的声电换能器，声电换能器产生的电信号被无线信号发送单位(7)和天线(8)无线发送给第二控制单元(9)读取；第二控制单元(9)的信号处理电路以及解调环节，最后将地下管道环境信息与内部信息通过地上通信单元(1)的外部天线实现无线通信，由第二控制单元微控制器(91)将信息显示在液晶屏显示单元(92)上，实现全无线地上地下管道网络通信；环形换能器(4)作为发送管道内壁弹性导波的声电换能器，将第一控制单元(3)的电信号信息转换成高频管道径向振动机械波，以弹性波的形式在管道(5)上传输；条形换能器(6)阵列作为接收管道(5)内壁弹性导波的声电换能器，由声电换能器和无线信号发送模块接收管道内壁弹性导波并转换为电信号；通过第二控制单元(9)的信号处理电路以及解调环节，最后将地下管道环境信息与内部信息显示在液晶屏上，实现全无线地上地下管道网络通信。2.根据权利要求1所述的一种基于地下管道的弹性导波无线通信系统，其特征是：所述的地上通信单元(2)至少包括：天线（8）、第二单元电源模块（911）、第二单元带通滤波器（912）、第二单元功率放大器（913）、ADC转换电路（915）、信号解调（914）、第二控制单元微控制器（916）和显示单元（92）；第二单元电源模块（911）供给第二单元带通滤波器（912）、第二单元功率放大器（913）、信号解调（914）、ADC转换电路（915）、第二控制单元微控制器（916）和显示单元（92）所需要的电压，天线（8）将接收的无线信息经第二单元带通滤波器（912）滤波，然后经第二单元功率放大器（913）将信号放大，在由信号解调（914）解调，解调后由ADC转换电路（915）转换成数字信号，数字信号经第二控制单元微控制器（916）进行处理，最后显示单元（92）显示地下管道所处环境温湿度以及管道内部流体速度、流体液面、管道内部压强等管道内部信息。3.根据权利要求1所述的一种基于地下管道的弹性导波无线通信系统，其特征是：所述的第一控制单元（3）至少包括传感器组（31）、第一控制单元微控制器（32）、第一单元电源模块（321）、信号放大电路（322）、信号滤波电路（323）、非线性校正电路（324）、信号转换电路（325）、第一信号处理单元（326）、带通滤波...
【专利技术属性】
技术研发人员：宦惠庭，黄丽萍，詹劲松，彭翠玲，刘丽娴，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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