一种基于音波的用于管道堵塞监测的系统技术方案

一种基于音波的用于管道堵塞监测的系统，其特征在于包括：低频声波发射装置，其产生强度较大的可选择频率的低频声波并传导到被检测管道之中；音波传感器，其实时将管道中的声波信号转换为电信号传输给前端处理模块；数据采集处理终端，把音波传感器采集到的音波信号进行预处理与放大，转换为数字域的多通道音波信号；堵塞监测定位服务器，建立并维护各数据采集终端的通讯信道，实时接收各个数据采集终端节点传来的数据，通过计算识别管道流动状态；监控终端，实时显示管道走向和流动状态。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于管道堵塞监测的系统。
技术介绍
管道运输因运量大、耗能低、经济环保等优点，迅速成为石油、天然气的主要运输方式，在国民经济中占据越来越重要的位置。由于我国大部分管道已经运营了 20多年甚至 30年，管道强度和涂层完整性都已进入危险期，多数管道存在与流动相关的安全隐患，随着管道运营期的延长、原材料、施工缺陷、环境腐蚀和外部影响，使事故隐患大大增加。对此， 国内外相关行业做了大量的研究工作，形成了一些切实有效的技术。主要包括确定保证管道流动安全措施的模拟技术，利用保温，注入化学剂或清管的方法防止管道堵塞技术，消除堵塞的流动恢复技术。但是通常防止堵塞的措施可能没有预料的那样有效，而且消除管道堵塞的技术手段比较缺乏，因此及时发现海底管道流动性异常，防患于未然是保障海底管道运行的关键。管道堵塞状态监测技术有利于及时发现并处理管道流动异常状况，是保障管道安全运行关键性的技术手段。对此监测最有效的方法就是利用音波技术，由于音波能够有效反映管道内流体的流动状态，是进行管道内流动状态监测的有力手段。现有的基于正压波技术的管道堵塞监测系统对管道寿命影响较大，定位精度及误报警率方面存在一定程度的不足。
技术实现思路
基于现有的管道现状，本技术所要解决的技术问题是提供一种基于音波的用于管道堵塞监测的系统，解决了现有管道堵塞监测系统在管道损伤，定位精度以及误报警率等方面的问题。本技术提出的一种基于音波的用于管道堵塞监测的系统，主要由低频声波发射装置、音波传感器、数据采集处理终端、堵塞监测定位服务器、监控终端组成，其特征在于低频声波发射装置产生强度较大的可选择频率的低频声波并传导到被检测管道之中， 通过设置在管道上的音波传感器感测到该声波信号并实时将管道中的声波信号转换为电信号传输给前端处理模块；然后，数据采集处理终端把接收的音波传感器采集到的音波信号进行预处理与放大，转换为数字域的多通道音波信号传送给堵塞监测定位服务器，堵塞监测定位服务器实时接收各个数据采集终端节点传来的数据，通过计算识别管道流动状态，当发生堵塞等流动状态异常时，系统会发出报警，并根据信号处理结果计算出堵塞点位置，同时通知监控终端；并通过监控终端实时显示管道走向和流动状态。另一方面，低频声波发射装置主要有三个部分组成，第一部分是波形产生器，其产生一定形式的波形信号；第二部分是功率放大器，对波形产生器产生的信号进行功率放大处理；第三部分是负载换能器，其将电信号转换成声信号，并辐射到介质中去。另一方面，其数据采集处理终端主要由放大器、滤波器、AD转换器组成。另一方面，其数据采集处理终端对信号进行滤波的预处理，利用GPS信号进行精3确时间同步，并通过通讯网络，实时传输到堵塞监测定位服务器。基于音波的用于管道堵塞监测的系统具有如下特点1)安装简单，成本及维护费用不高；2)反应灵敏，能够及时检测到管道堵塞；3)进行堵塞点监测时，不需要管道停输，不会对管道及管道生产造成不利影响，安全性高；4)避免了正压波技术对管道的损伤，安全性高；5)系统采用开放式的软硬件系统架构和模块化的结构，便于系统维护和升级，也有利于系统性能的进一步提升。以下结合附图和实施方式对本技术作进一步详细说明。附图说明图1基于音波的管道堵塞监测系统；图2发射装置组成；图3数据采集终端处理框图。其中附图1中包括同步卫星1，管道流动状态监测服务器2，监控终端3， Internet或VPN 4，数据传输网络5，数据采集处理终端和传输平台6，低频声波发射装置7， 音波传感器8，堵塞处9。具体实施方式本技术中基于音波的用于管道堵塞监测系统的基本工作原理是从管道一端发射音波信号，由于管道的波导作用，音波信号将在管道中以平面波的形式传播。音波衰减小传输距离远，可以传播到几十公里甚至上百公里之外的堵塞点。当音波遭遇到管道堵塞点(由于冰堵、沉积等原因引起的全部堵塞点或者部分堵塞点)时，部分声波能量将被堵塞点反射，并沿着管道返回管道发射端。通过检测发射声波和反射回波，可以确定管道的堵塞状况，并精确定位堵塞点位置。本技术中基于音波的用于管道堵塞监测的系统主要包括有低频声波发射装置，音波传感器，数据采集处理终端，堵塞监测定位服务器，监控终端。同时系统运行需要计算机网络(运行TCP/IP协议)与GPS的支持。如图1所示，基于音波的用于管道堵塞监测系统各部分组成与功能如下低频声波发射装置低频声波发射装置的主要作用是产生强度较大的可选择频率的低频声波并高效的传导到被检测管道之中。根据实际管道需要选择不同的频率。低频声波发射装置在进行堵塞点监测时，不需要管道停输，不会对管道生产造成不利影响，尤其是对液体管道，避免了压力波水击现象产生的压力对泵、阀门和管道的寿命影响。低频声波发射装置的基本组成如图2所示，主要有三个部分组成，第一部分是波形产生器，它的功能是产生一定形式的波形信号，其工作频率、脉冲长度和重复周期都是可以选择的。第二部分是功率放大器，由波形产生器产生的信号，功率很小，不能够直接驱动换能器向介质辐射足够的声波能量。第三部分是发射机的负载换能器，它担负着将电信号转换成声信号，并辐射到介质中去的任务。音波传感器实时将管道中的声波信号转换为电信号传输给前端处理模块。系统采用定制的高灵敏度的音波传感器，有效地解决了微弱音波信号的捕捉问题，为系统的可靠运行打下了坚实的基础。数据采集处理终端数据采集处理终端主要功能是把音波传感器采集到的音波信号进行预处理与放大，转换为数字域的多通道音波信号，通过维纳滤波、自适应滤波等多种方法对信号进行预处理，利用GPS信号进行精确时间同步，并通过通讯网络，实时传输到堵塞监测定位服务ο数据采集处理终端针对实际管道采用有效的信号处理方法，解决微弱信号放大和噪声抑制的问题，从而提高系统对堵塞点的定位精度。主要由放大器、滤波器、AD转换器组成。数据采集终端处理框图如图3所示。堵塞监测定位服务器堵塞监测定位服务器主要功能是建立并维护各数据采集终端的通讯信道，实时接收各个数据采集终端节点传来的数据，通过计算识别海底管道流动状态，当发生堵塞等流动状态异常时，系统会发出报警，并根据信号处理结果计算出堵塞点位置，同时通知监控终端。堵塞监测定位服务器采用先进的模式识别方法，降低了系统的误报警率。监控终端监控终端的主要功能是实时显示管道走向和流动状态，操作员和管理员可以在运行在监控终端的人机界面上实现系统管理和参数设置等操作和管理。当发生管道堵塞，及时发出报警和启动应急处理。权利要求1.一种基于音波的用于管道堵塞监测的系统，主要由低频声波发射装置、音波传感器、 数据采集处理终端、堵塞监测定位服务器、监控终端组成，其特征在于低频声波发射装置产生强度较大的可选择频率的低频声波并传导到被检测管道之中，通过设置在管道上的音波传感器感测到该声波信号并实时将管道中的声波信号转换为电信号传输给前端处理模块；然后，数据采集处理终端把接收的音波传感器采集到的音波信号进行预处理与放大，转换为数字域的多通道音波信号传送给堵塞监测定位服务器，堵塞监测定位服务器实时接收各个数据采集终端节点传来的数据，通过计算识别管道流动状态，当发生堵塞等流动状态异常时，系统会发出报警，并根据信号处理结果计算出堵塞本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于音波的用于管道堵塞监测的系统，主要由低频声波发射装置、音波传感器、数据采集处理终端、堵塞监测定位服务器、监控终端组成，其特征在于：低频声波发射装置产生强度较大的可选择频率的低频声波并传导到被检测管道之中，通过设置在管道上的音波传感器感测到该声波信号并实时将管道中的声波信号转换为电信号传输给前端处理模块；然后，数据采集处理终端把接收的音波传感器采集到的音波信号进行预处理与放大，转换为数字域的多通道音波信号传送给堵塞监测定位服务器，堵塞监测定位服务器实时接收各个数据采集终端节点传来的数据，通过计算识别管道流动状态，当发生堵塞等流动状态异常时，系统会发出报警，并根据信号处理结果计算出堵塞点位置，同时通知监控终端；并通过监控终端实时显示管道走向和流动状态。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄新华，万洪杰，傅强，陈君，李良杰，邵花，褚露，
申请(专利权)人：北京寰宇声望智能科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11