CN109027705A - 一种海底管道次声波泄漏监测*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海底管道次声波泄漏监测***，包括次声波传感器、现场数据采集处理器、处理终端、GPS/北斗接收器；次声波传感器分别设置于管道的平台端和陆地端；现场数据采集处理器分别设置于管道的平台端和陆地端，分别与所在端的次声波传感器连接；GPS/北斗接收器分别设置于管道的平台端和陆地端，分别与所在端的现场数据采集处理器连接；处理终端设置于管道的陆地端，与陆地端的现场数据采集处理器连接。本发明具有响应时间短，误报率低，定位精准，海底管道适用性强等特点。
Description
技术领域
本发明涉及海底管道泄漏监测领域，更具体的说，是涉及一种海底管道次声波泄漏监测***。
背景技术
海底管道担负着海洋原油、凝析油、天然气以及水的输送任务，是一种安全高效的运输方式。
在海底管道运营服役过程中，由于第三方破坏、腐蚀等原因，造成海底管道泄漏事故。海底管道一旦发生泄漏，如未能及时察觉并采取相应措施，势必造成巨大的经济损失，还会造成严重的环境污染。因此有必要对海底管道进行泄漏实时监测，及时进行泄漏预警以及定位。
但是，目前管道泄漏监测技术在陆地管道应用效果较为理想，在海底管道上实施尚不成熟。计算类的内监测技术存在响应时间长、误报率高、甚至无法定位的不足；增加传感器的外监测技术影响海底管道安装施工，维护困难，传感器一旦受损，维修成本高昂等弊端。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种稳健的海底管道次声波泄漏监测***，具有响应时间短，误报率低，定位精准，海底管道适用性强等特点。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的海底管道次声波泄漏监测***，包括次声波传感器、现场数据采集处理器、处理终端、GPS/北斗接收器，
所述次声波传感器分别设置于管道的平台端和陆地端，用于接收海底管道泄漏时产生的次声波信号，并将接收到的次声波信号转换为电信号；
所述现场数据采集处理器分别设置于管道的平台端和陆地端，分别与所在端的次声波传感器连接，将次声波传感器的电信号转换成数字信号；
所述GPS/北斗接收器分别设置于管道的平台端和陆地端，分别与所在端的现场数据采集处理器连接，用于与处理终端一起捕获海底管道泄漏时的次声波信号分别到达平台端和陆地端次声波传感器的时间；
所述处理终端设置于管道的陆地端，与陆地端的现场数据采集处理器连接，接收陆地端和平台端的现场数据采集处理器的数字信号，同时根据两端的次声波传感器之间的距离以及两端的次声波传感器接收到次声波信号的时间，经分析处理判断后，计算出泄漏点的位置，判定为泄漏时进行报警。
所述次声波传感器总共设置四个，其中两个设置于管道的平台端，另两个设置于管道的陆地端；每个所述次声波传感器均集成有前置放大器和低通滤波器，所述集成前置放大器用于对输出的信号进行放大滤波处理，所述低通滤波器，通过设置截止频率，用于过滤掉管道中高于截止频率的声波，有助于次声波信号的提取。
所述现场数据采集处理器总共设置两个，其中一个设置于管道的平台端，另一个设置于管道的陆地端；每个所述现场数据采集处理器由处理器、模拟信号到数字信号转换器、采集频率触发器、数据采集模块、网络通讯模块、内存、外部存储卡组成。
所述平台端的现场数据采集处理器与陆地端的处理终端之间的通讯连接采用卫星通讯或无线通讯。
所述处理终端采用计算机，所述计算机内集成有数据分析处理软件***，该软件***包括主界面控制模块、数据采集和保存模块、数据信号读取模块、数据处理模块、通讯模块、模式识别模块、报警模块、自动定位模块。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)海底管道一旦发生泄漏，带压流体介质从泄漏处喷射时，产生一定频率的次声波，次声波在管道介质中向着反向进行传播，次声波传感器进行次声波信号接收；多个次声波传感器安装有助于借助模式识别方法减少***误报率。
(2)处理终端接收陆地端和平台端的现场数据采集处理器的数字信号，同时根据两端的次声波传感器之间的距离以及两端的次声波传感器接收到次声波信号的时间，经分析处理判断后，计算出泄漏点的位置，判定为泄漏时进行报警。
(3)次声波泄漏监测***仅在管道两端安装传感器以及现场数据采集处理器，在海底管道新建铺设过程中不会对其造成损坏。同时，对于在役海底管道，亦可进行改造，保障其安全运行。
附图说明
图1是本发明海底管道次声波泄漏监测***布局示意图；
图2是本发明中现场数据采集处理器的原理图；
图3是本发明中处理终端的原理图。
附图标记:1次声波传感器，2现场数据采集处理器，
3 GPS/北斗接收器，4处理终端。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明的海底管道次声波泄漏监测***，包括次声波传感器1、现场数据采集处理器2、GPS/北斗接收器3、处理终端4。
所述次声波传感器1分别设置于管道的平台端和陆地端，海底管道一旦发生泄漏，带压流体介质从泄漏处喷射时，产生一定频率的次声波，次声波在管道介质中向着反向进行传播，次声波传感器1进行次声波信号接收，并将接收到的次声波信号转换为电信号。
所述次声波传感器1总共设置四个，其中两个设置于管道的平台端，另两个设置于管道的陆地端。多个次声波传感器1安装有助于借助模式识别方法减少***误报率。每个所述次声波传感器1均集成有前置放大器和低通滤波器，所述集成前置放大器用于对输出的信号进行放大滤波处理。所述低通滤波器，通过设置截止频率在合理范围，用于过滤掉管道中高于截止频率的声波，有效避免管道中高频率声波的干扰，有助于次声波信号的提取。
所述现场数据采集处理器2分别设置于管道的平台端和陆地端，分别与所在端的次声波传感器1连接，将次声波传感器1的电信号转换成数字信号。
所述现场数据采集处理器2总共设置两个，其中一个设置于管道的平台端，另一个设置于管道的陆地端。如图2所示，每个所述现场数据采集处理器2主要由处理器、模拟信号到数字信号转换器、采集频率触发器、数据采集模块、网络通讯模块、内存、外部存储卡组成。所述处理器分别与模拟信号到数字信号转换器、采集频率触发器、数据采集模块、内存、外部存储卡连接，所述模拟信号到数字信号转换器与网络通讯模块连接，所述采集频率触发器与数据采集模块连接。
所述处理器为单片微控制器，主要实现现场数据采集处理器2的整体控制。所述采集频率触发器通过特定采集频率的设置，定时给数据采集模块提供指令。所述数据采集模块依据采集频率触发器的频率定时采集次声波传感器1的电信号，并传输给模拟信号到数字信号转换器。所述模拟信号到数字信号转换器将声波信号转化成可以处理的数字信号，并通过网络通讯模块传输给处理终端4。所述网络通讯模块通过协议，将数字信号传输给处理终端进行分析。所述内存为同步动态存储器，用来临时存放数据，避免因为电源故障造成数据丢失。所述外部存储卡用于数据的存储和备份。
所述GPS/北斗接收器3分别设置于管道的平台端和陆地端，分别与所在端的现场数据采集处理器2连接，用于与处理终端4一起捕获海底管道泄漏时的次声波信号分别到达平台端和陆地端次声波传感器1的时间，以便结合次声波信号在输送介质中的传播速度，计算泄漏发生位置。通过计算次声波信号在介质中的运行速度、两端次声波传感器之间的距离、次声波传递到次声波传感器的时间差数据，可以进行泄漏自动定位。泄漏点S的位置可由以下公式计算确定：
其中：S为泄漏位置到陆地端首个接收到次声波信号的次声波传感器的距离，m； D为两端首个接收到次声波信号的次声波传感器之间的距离，m；V为次声波信号在介质中的传播速度，m/s；t1、t2分别为陆地端、平台端首个收到次声波信号的次声波传感器接收到次声波信号的时间，s。
所述处理终端4设置于管道的陆地端，与陆地端的现场数据采集处理器连接，接收陆地端和平台端的现场数据采集处理器2的数字信号，同时根据两端的次声波传感器1之间的距离以及两端的次声波传感器1接收到次声波信号的时间，经分析处理判断后，计算出泄漏点的位置，判定为泄漏时进行报警。所述平台端的现场数据采集处理器2与陆地端的处理终端4之间的通讯连接采用卫星通讯或无线通讯。
所述处理终端4采用计算机，所述计算机内集成有数据分析处理软件***，该软件***包括主界面控制模块、数据采集和保存模块、数据信号读取模块、数据处理模块、通讯模块、模式识别模块、报警模块、自动定位模块。各功能模块的数据流如图3所示。所述主界面控制模块是该软件***的核心部分，可提供可视化操作接口，调用其他功能模块实现数据分析处理软件的整体功能。所述数据采集和保存模块主要完成现场数据采集处理器2传输过来的数字信号的提取和存储，并供数据信号读取模块进行数据调用。所述数据信号读取模块向主界面控制模块提供数据，并供数据处理模块以及模式识别模块进行数据调用。所述通讯模块建立并维护各数据传输之间的通讯信道，针对不同的通讯方式和协议，开发相应的通讯控件，最终成为具有统一接口的通讯模块。所述数据处理模块采用傅里叶变换、小波分析等信号处理方法，主要完成数据处理以及数据报警逻辑的实现，报警信息向主界面控制模块进行发送。所述模式识别模块是基于数据处理模块基础上，进一步进行模式识别分析，减少***误报率。所述报警模块主要是根据报警类型，实现基于管道GIS的电子地图动画报警。所述自动定位模块当管道发生泄漏报警时，平台端根据收到的信号发送相应的数据，陆地端在对收到的数据分析后给出相应的泄漏位置报警提示。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (5)
1.一种海底管道次声波泄漏监测***，其特征在于，包括次声波传感器、现场数据采集处理器、处理终端、GPS/北斗接收器，
所述次声波传感器分别设置于管道的平台端和陆地端，用于接收海底管道泄漏时产生的次声波信号，并将接收到的次声波信号转换为电信号；
所述现场数据采集处理器分别设置于管道的平台端和陆地端，分别与所在端的次声波传感器连接，将次声波传感器的电信号转换成数字信号；
所述GPS/北斗接收器分别设置于管道的平台端和陆地端，分别与所在端的现场数据采集处理器连接，用于与处理终端一起捕获海底管道泄漏时的次声波信号分别到达平台端和陆地端次声波传感器的时间；
所述处理终端设置于管道的陆地端，与陆地端的现场数据采集处理器连接，接收陆地端和平台端的现场数据采集处理器的数字信号，同时根据两端的次声波传感器之间的距离以及两端的次声波传感器接收到次声波信号的时间，经分析处理判断后，计算出泄漏点的位置，判定为泄漏时进行报警。
2.根据权利要求1所述的海底管道次声波泄漏监测***，其特征在于，所述次声波传感器总共设置四个，其中两个设置于管道的平台端，另两个设置于管道的陆地端；每个所述次声波传感器均集成有前置放大器和低通滤波器，所述集成前置放大器用于对输出的信号进行放大滤波处理，所述低通滤波器，通过设置截止频率，用于过滤掉管道中高于截止频率的声波，有助于次声波信号的提取。
3.根据权利要求1所述的海底管道次声波泄漏监测***，其特征在于，所述现场数据采集处理器总共设置两个，其中一个设置于管道的平台端，另一个设置于管道的陆地端；每个所述现场数据采集处理器由处理器、模拟信号到数字信号转换器、采集频率触发器、数据采集模块、网络通讯模块、内存、外部存储卡组成。
4.根据权利要求1所述的海底管道次声波泄漏监测***，其特征在于，所述平台端的现场数据采集处理器与陆地端的处理终端之间的通讯连接采用卫星通讯或无线通讯。
5.根据权利要求1所述的海底管道次声波泄漏监测***，其特征在于，所述处理终端采用计算机，所述计算机内集成有数据分析处理软件***，该软件***包括主界面控制模块、数据采集和保存模块、数据信号读取模块、数据处理模块、通讯模块、模式识别模块、报警模块、自动定位模块。
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