本发明专利技术涉及一种MEMS管道监测系统及方法，其系统包括：感知节点，其包括在管道生产制造过程中分布式植入于所述管道上的MEMS传感器，用于分布式获取管道信息并上传；边缘节点，其包括通过数据电源总线以串联和并联的方式与所述感知节点电连接的解调器，用于控制所述感知节点上传所述管道信息，并通过无线网络转发所述管道信息至控制中心；本发明专利技术利用MEMS作为传感介质在管道制管过程中将传感器植入，点式与分布式联合的多传感器、多安装点的智能管道结构，可实现对能源管道全生命周期的全状态感知，有力支撑智慧管网、智能能源系统建设，以及实现对管线的风险事件识别和智能预警，全时全域确保油气管道的安全运行。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及管道监测领域，具体涉及一种mems管道监测系统及方法。
技术介绍
1、油气管网作为能源基础设施的重要组成部分，其安全性对社会的运行和公众的生活至关重要。这些管网广泛分布于各地，直接暴露于复杂的社会环境和自然条件下，虽然通过管道运输有效地提升了油气传输的效率，但面临第三方损害、非法入侵、自然灾害等多种外部风险。特别是在高后果区域内，一旦管道遭到破坏，极易发生供应中断，环境污染，爆炸等事故，造成巨大的经济损失、自然灾害和人员伤害。
2、管道安全预警系统主要用于预警对管道安全造成威胁的入侵事件。除管道腐蚀、山体滑坡等自然灾害之外，机械、人工挖掘，打孔等第三方破坏事件是造成管道泄漏的主要因素。根据监测周期的不同，将管道安全监测技术可分为连续性管道安全监测技术和非连续性管道安全监测技术。
3、现有的管道监测技术为本体应力监测技术，该技术通过在管道上安装三个点式传感器，实现对管道本体应力的监测，但无法在管道生产制造过程中进行安装。在管网规模更加庞大、运行环境更加复杂、本质安全更加严苛的大背景下，现有监测技术无法满足对管道全方位实时在线智能感知的需求。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种mems管道监测系统及方法，以解决上述至少一个技术问题。
2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种mems管道监测系统，包括：
3、感知节点，其包括在管道生产制造过程中分布式植入于所述管道上的mems传感器，用于分布式获取管道信息并上传；</p>4、边缘节点，其包括通过数据电源总线以串联和并联的方式与所述感知节点电连接的解调器，用于控制所述感知节点上传所述管道信息，并通过无线网络转发所述管道信息至控制中心；
5、感知节点、解调器以及控制中心之间的通信过程为：
6、在达到设定时间后或接收到控制中心的指令后，利用解调器控制供电电源上电，进而唤醒各感知节点；
7、在各感知节点唤醒后，使各感知节点与解调器进行握手通信，并将各感知节点自身网络id发送至解调器，以申请各感知节点入网，且在各感知节点与解调器握手成功后，让解调器检查各感知节点的网络id是否合法，以决定是否给感知节点重新分配网络id；
8、在各感知节点入网完成后，利用解调器对各感知节点的时钟进行同步；
9、在时钟同步结束后，控制各感知节点开始获取管道信息并进行数据打包，等待网络的信息传输许可；
10、在感知节点获取管道信息并进行数据打包结束后，让解调器向网络发送信息传输许可，并使解调器进入数据接收模式，等待网络数据的到来；让各感知节点依照信息传输许可的次序，依次将打包数据作为网络数据发送至解调器；
11、在解调器接收完网络数据后，控制解调器将网络数据进行打包，并通过网络转发至控制中心；
12、在各感知节点当次管道信息获取结束后，利用解调器控制供电电源掉电，以使各感知节点进入休眠状态，同时让解调器通过网络访问ntp网络时间服务器以对本地时钟进行修正，进而使解调器进入休眠状态。
13、在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
14、进一步，所述管道信息包括管道的应变信息、温信息度和振动信息；
15、所述mems传感器包括mems应变温度传感器和mems加速度传感器，所述mems应变温度传感器用于获取所述应变信息和所述温度信息，所述mems加速度传感器用于获取所述振动信息；
16、其中，所述mems应变温度传感器具体为采用mems薄膜加工方法将应变传感器和温度传感器进行整合得到。
17、进一步，所述mems传感器在以预设间隔的管道截面上，按照90°等角度排列进行植入。
18、进一步，所述感知节点还包括：
19、采集和计算模块，其与所述mems传感器连接，用于对所述mems传感器获取的管道信息进行采样和特征提取处理，得到前端处理后的管道信息，并将前端处理后的管道信息进行上传；
20、其中，所述采集和计算模块以fbc柔性电路板的方式紧密贴合于所述管道表面。
21、进一步，所述采集和计算模块包括mcu支撑电路以及与所述mcu支撑电路连接的电源电路和rs485电路；其中，所述mcu支撑电路的核心芯片的型号为stm32g431kbu3。
22、进一步，在植入有mems传感器的管道上，采用热致形变包覆的方法，利用热致形变材料将所述mems传感器包覆在防腐层；
23、其中，所述热致形变材料具体为聚乙烯材料；
24、采用热致形变包覆的方法，利用热致形变材料将所述mems传感器包覆在防腐层，具体为：
25、利用聚乙烯材料将所述mems传感器所在的基片与防护壳的防腐层进行连接，以使所述基片与所述防护壳构成一体；
26、对所述聚乙烯材料加热，以使所述聚乙烯材料变形融化，进而使所述基片包覆在所述防腐层，并与所述防护壳分离成两个独立个体。
27、进一步，所述解调器包括：
28、mcu；
29、二总线接口和二总线模块，所述二总线接口通过所述二总线模块与所述mcu连接；
30、usb接口和usb芯片，所述usb接口通过所述usb芯片与所述mcu连接；
31、sram、sd卡和4g模块，均与所述mcu连接；
32、sim卡和天线，均与所述4g模块连接。
33、进一步，所述解调器内还设有供电电源，所述供电电源包括依次连接的供电接口、电源隔离模块和电源处理模块；其中，所述供电接口包括太阳能供电接口和锂电池供电接口。
34、进一步，所述mcu的型号为stm32h750。
35、基于上述一种mems管道监测系统，本专利技术还提供一种mems管道监测方法。
36、一种mems管道监测方法，利用上述所述的mems管道监测系统进行监测，包括：
37、利用感知节点分布式获取管道信息并上传；其中，感知节点包括在管道生产制造过程中分布式植入于所述管道上的mems传感器；
38、通过边缘节点控制所述感知节点上传所述管道信息，并通过无线网络转发所述管道信息至控制中心；其中，边缘节点包括通过数据电源总线以串联和并联的方式与所述感知节点电连接的解调器；
39、感知节点、解调器以及控制中心之间的通信过程为：
40、在达到设定时间后或接收到控制中心的指令后，利用解调器控制供电电源上电，进而唤醒各感知节点；
41、在各感知节点唤醒后，使各感知节点与解调器进行握手通信，并将各感知节点自身网络id发送至解调器，以申请各感知节点入网，且在各感知节点与解调器握手成功后，让解调器检查各感知节点的网络id是否合法，以决定是否给感知节点重新分配网络id；
42、在各感知节点入网完成后，利用解调器对各感知节点的时钟进行同步；
43、在时钟同步结束后本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种MEMS管道监测系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的MEMS管道监测系统，其特征在于，所述管道信息包括管道的应变信息、温信息度和振动信息；
3.根据权利要求1所述的MEMS管道监测系统，其特征在于，所述MEMS传感器在以预设间隔的管道截面上，按照90°等角度排列进行植入。
4.根据权利要求1所述的MEMS管道监测系统，其特征在于，所述感知节点还包括：
5.根据权利要求4所述的MEMS管道监测系统，其特征在于，所述采集和计算模块包括MCU支撑电路以及与所述MCU支撑电路连接的电源电路和RS485电路；其中，所述MCU支撑电路的核心芯片的型号为STM32G431KBU3。
6.根据权利要求1所述的MEMS管道监测系统，其特征在于，在植入有MEMS传感器的管道上，采用热致形变包覆的方法，利用热致形变材料将所述MEMS传感器包覆在防腐层；
7.根据权利要求1所述的MEMS管道监测系统，其特征在于，所述解调器包括：
8.根据权利要求7所述的MEMS管道监测系统，其特征在于，所述解调器内还设有供电电源，所述供电电源包括依次连接的供电接口、电源隔离模块和电源处理模块；其中，所述供电接口包括太阳能供电接口和锂电池供电接口。
9.根据权利要求7所述的MEMS管道监测系统，其特征在于，所述MCU的型号为STM32H750。
10.一种MEMS管道监测方法，其特征在于，利用权利要求1至9任一项所述的MEMS管道监测系统进行监测，包括：
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【技术特征摘要】
1.一种mems管道监测系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的mems管道监测系统，其特征在于，所述管道信息包括管道的应变信息、温信息度和振动信息；
3.根据权利要求1所述的mems管道监测系统，其特征在于，所述mems传感器在以预设间隔的管道截面上，按照90°等角度排列进行植入。
4.根据权利要求1所述的mems管道监测系统，其特征在于，所述感知节点还包括：
5.根据权利要求4所述的mems管道监测系统，其特征在于，所述采集和计算模块包括mcu支撑电路以及与所述mcu支撑电路连接的电源电路和rs485电路；其中，所述mcu支撑电路的核心芯片的型号为stm32g431kbu3。
6.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李秋娟，宋晗，马云宾，施宁，刘思佳，刘翠丽，蒋辉娟，肖康，
申请(专利权)人：国家石油天然气管网集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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