CN114414164A - 一种管道泄漏监测方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种管道泄漏监测方法及***，用于实现无卫星校时环境下服务器端与多个客户端之间的高精度时间同步以及对管道的泄露位置进行监测，监测***包括服务器端和多个客户端；服务器端包括单片机、电源模块、校时信号生成模块、主时钟模块和接口模块；客户端包括处理模块、电源模块、从时钟模块、声波传感器阵列和接口模块；多个客户端的声波传感器阵列固定设置于管道不同位置的外壁；服务器端与多个客户端通过以太网连接。本发明提供的管道泄漏监测方法及***能够在无GPS/北斗等卫星校时环境下完成主、从时钟模块之间的精确时间同步及管道泄露位置的精确定位，在很大程度上节约了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及管道泄漏监测领域，具体地，涉及一种无卫星校时环境下进行精确的时间同步和管道泄漏位置监测的方法以及监测***。
背景技术
对各种用于气体、液体传输的管道进行管道泄漏监测及定位是安全生产、传输的重要保障环节，现有基于声信号的管道监测技术一般将多个包含声传感器的终端放置于管道的不同位置，主服务器通过管道泄漏声信号传输到不同的声传感器的时间差对管道泄漏位置进行监测及定位。
以上技术方案中为了对管道泄漏位置进行定位，需要在服务器及多个终端之间进行精确地时间同步，例如，服务器及各个终端通过对获取的GPS、北斗等卫星发送的校时信号进行解码以进行相互之间的时间同步。然而，在某些情况下，例如管道及服务器处于极深地下，无法接收到卫星发送的校时信号时，需要对现有的技术方案进行改进以满足精确时间同步的要求。
发明内容
为解决以上现有技术中存在的问题，本申请的目的在于提供一种管道泄漏监测方法及***，以实现无卫星校时环境下服务器端与多个客户端之间的高精度时间同步以及对管道的泄露位置的监测。
本申请的一方面提供管道泄漏监测方法，用于实现无卫星校时环境下服务器端与多个客户端之间的高精度时间同步以及对管道的泄露位置进行监测，所述服务器端包括单片机、电源模块、校时信号生成模块、主时钟模块和接口模块；每个所述客户端包括处理模块、电源模块、从时钟模块、声波传感器阵列和接口模块；多个所述客户端的声波传感器阵列固定设置于所述管道不同位置的外壁；所述服务器端与多个所述客户端通过以太网连接；所述方法包括以下步骤：
S100：所述校时信号生成模块生成校时信号并输出到主时钟模块，所述主时钟模块根据所述校时信号进行校时，所述校时信号包括1PPS信号和TOD信号；
S200：所述主时钟模块根据发送到多个所述从时钟模块的第一同步报文、第二同步报文、多个第四同步报文以及从多个所述从时钟模块接收的多个第三同步报文与多个所述从时钟模块进行时间同步；
S300：每个所述声波传感器阵列获取在各自位置监测到的管道泄露声信号；
S400：每个所述处理模块根据所述管道泄漏声信号和所述1PPS信号确定所述管道泄漏声信号的到达时间并发送给所述服务器端；
S500：所述单片机根据多个所述处理模块发送的所述管道泄漏声信号的到达时间确定管道泄漏的位置。
进一步地，所述TOD信号包括UTC时间信息。
进一步地，所述步骤S200进一步包括以下步骤：
S210：所述主时钟模块向多个所述从时钟模块发送第一同步报文并将发送第一同步报文的本地时间标记并保存为第一硬件时间戳t1；
S220：每个所述从时钟模块将各自接收到第一同步报文的本地时间标记并保存为各自的第二硬件时间戳t2；
S230：所述主时钟模块在发送完成第一同步报文后立即向多个所述从时钟模块发送第二同步报文，第二同步报文包含所述t1；
S240：每个所述从时钟模块在接收到第二同步报文后立即向所述主时钟模块发送各自的第三同步报文，将发送第三同步报文的本地时间标记并保存为各自的第三硬件时间戳t3，并且保存第二同步报文中包含的t1；
S250：所述主时钟模块将接收到多个第三同步报文的多个本地时间标记并保存为与多个所述从时钟模块对应的多个第四硬件时间戳t4；
S260：所述主时钟模块向多个所述从时钟模块发送对应的多个第四同步报文，每个第四同步报文包含与每个所述从时钟模块对应的t4；
S270：每个所述从时钟模块接收到t4后，根据所述t1、t2、t3和t4计算与所述主时钟模块的时间偏差toffset和报文延迟时间tdelay，并根据所述toffset和所述tdelay进行与主时钟模块的时间同步。
进一步地，所述toffset由下式确定：
所述tdelay由下式确定：
优选地，所述t1、t2、t3和t4在所述以太网的媒体访问控制层进行标记。
进一步地，每隔固定时间T执行一次步骤S200。
优选地，所述主时钟模块持续向多个所述从时钟模块发送1PPS信号。
进一步地，所述客户端还包括数据采集板和AD模块，所述步骤S400进一步包括以下步骤：
S410：每个所述数据采集板接收对应的从时钟模块发送的时间报文和对应的声波传感器阵列获取的管道泄漏声信号，并发送到AD转换模块，所述时间报文包含对应的从时钟模块接收到所述 1PPS信号的本地时间信息；
S420：每个所述AD转换模块将所述时间报文和所述管道泄漏声信号转换为数字信号发送到对应的处理模块；
S430：每个所述从时钟模块将接收到的所述1PPS信号发送到对应的处理模块；
S440：每个所述处理模块根据所述1PPS信号、所述时间报文信号确定所述管道泄漏声信号到达对应的声波传感器阵列的本地时间。
本申请的另一个方面还提供一种管道泄漏监测***，用于在无卫星校时环境下对管道的泄露位置进行监测，包括服务器端与多个客户端，所述服务器端包括单片机、电源模块、校时信号生成模块、主时钟模块和接口模块；每个所述客户端包括处理模块、电源模块、从时钟模块、声波传感器阵列和接口模块；多个所述客户端的声波传感器阵列固定设置于所述管道不同位置的外壁；所述服务器端与多个所述客户端通过以太网连接；
所述校时信号生成模块生成校时信号并输出到主时钟模块，所述主时钟模块根据所述校时信号进行校时，所述校时信号包括1PPS信号和TOD信号；
所述主时钟模块根据发送到多个所述从时钟模块的第一同步报文、第二同步报文、多个第四同步报文以及从多个所述从时钟模块接收的多个第三同步报文与多个所述从时钟模块进行时间同步；
每个所述声波传感器阵列获取在各自位置监测到的管道泄露声信号；
每个所述处理模块根据所述管道泄漏声信号和所述1PPS信号确定所述管道泄漏声信号的到达时间并发送给所述服务器端；
所述单片机根据多个所述处理模块发送的所述管道泄漏声信号的到达时间确定管道泄漏的位置。
进一步地，所述客户端还包括数据采集板和AD模块；
每个所述数据采集板接收对应的从时钟模块发送的时间报文和对应的声波传感器阵列获取的管道泄漏声信号，并发送到AD转换模块，所述时间报文包含所述从时钟模块接收到所述1PPS信号的本地时间信息；
每个所述AD转换模块将所述时间报文和所述管道泄漏声信号转换为数字信号发送到对应的处理模块；
每个所述从时钟模块将接收到的所述1PPS信号发送到对应的处理模块；
每个所述处理模块根据所述1PPS信号、所述时间报文信号确定所述管道泄漏声信号到达对应的声波传感器阵列的本地时间。
本申请的实施例提供的一种管道泄漏监测方法及***至少具有以下有益效果：
(1)能够在无GPS/北斗等卫星校时环境下完成主、从时钟模块之间的精确时间同步，在很大程度上节约了生产成本；
(2)通过单片机模拟GPS等发射的校时信号向主时钟模块发送1PPS+TOD时钟参考源，从时钟模块与主时钟模块进行多次同步报文的手法，解析恢复主时钟模块发送的时间信息和1PPS脉冲信号，***据此计算出主从线路时间延迟及主从时间差，并利用该时间差调整本地时间，使从设备的时间保持与主设备时间一致；
(3)主、从时钟模块在进行时间同步时产生的多个硬件时间戳均在以太网的媒体访问控制层进行标记，精度可达纳秒级，从而进一步提供了主、从模块进行时间同步的精度；
(4)从时钟模块接收主时钟模块持续发送的1PPS信号并输出1PPS时间参考信号及对应时间信息的时间报文，1PPS信号接入数据传感器数据采集板，将1PPS脉冲信号转化为模拟信号，与声波传感器采集到的管道泄漏声信号经过AD转换后传输至处理模块，时间报文直接传输至处理模块，可以对1PPS脉冲信号进行时间信息记录；保障了各客户端的数据采集和传输在时间上的一致性。
附图说明
图1为本申请提供的一种管道泄漏监测***的架构图；
图2为本申请提供的一种管道泄漏监测方法的流程图；
图3为本申请的一个具体的实施例提供的管道泄漏监测***的时间同步硬件架构图；
图4为图2中步骤S200的具体步骤流程图；
图5为本申请的一个具体的实施例提供的时间同步的过程示意图；
图6为本申请的一个具体的实施例提供的PTP报文的组成结构示意图；
图7为图2中步骤S400的具体步骤流程图；
图8为本申请的一个具体的实施例提供的1PPS信号与管道泄漏声信号的示意图；
图9为本申请的一个具体的实施例提供的管道泄漏定位的原理图。
具体实施方式
以下，基于优选的实施方式并参照附图对本申请进行进一步说明。
此外，为了方便理解，放大(厚)或者缩小(薄)了图纸上的各种构件，但这种做法不是为了限制本申请的保护范围。
单数形式的词汇也包括复数含义，反之亦然。
在本申请实施例中的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本申请实施例的产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，本申请的描述中，为了区分不同的单元，本说明书上用了第一、第二等词汇，但这些不会受到制造的顺序限制，也不能理解为指示或暗示相对重要性，其在本申请的详细说明与权利要求书上，其名称可能会不同。
本说明书中词汇是为了说明本申请的实施例而使用的，但不是试图要限制本申请。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的技术人员而言，可以具体理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请的实时例的一方面提供一种管道泄漏监测方法，用于实现无卫星校时环境下服务器端与多个客户端之间的高精度时间同步以及对管道的泄露位置进行监测，图1为上述管道泄漏监测方法所使用的管道泄漏***的架构图，如图1所示，管道泄漏监测***由服务器端和多个客户端组成，服务器端包括单片机、电源模块、校时信号生成模块、主时钟模块和接口模块；每个客户端包括处理模块、电源模块、从时钟模块、声波传感器阵列和接口模块；多个客户端的声波传感器阵列固定设置于管道不同位置的外壁；服务器端与多个客户端通过以太网连接。
具体地，服务器端的单片机用于控制校时信号生成模块生成1PPS信号(秒脉冲信号，Pulse Per Second，简称1PPS)和TOD信号(时间信号，Time of Day，简称TOD)作为校时信号，主时钟模块接收校时信号并对TOD信号进行解码获取其中包含的时间信息，服务器端和多个客户端通过自个的接口模块与以太网进行连接以进行数据传输，主时钟模块与多个从时钟模块通过多次收发同步报文并计算相应的多个硬件时间戳来进行时间同步，时间同步完成后，每个客户端的处理模块通过从时钟模块记录的本地时间确定管道泄漏的声信号到达声波传感器矩阵的准确时间，并将各自记录的声信号到达时间发送到服务器端，由服务器端的单片机计算出管道泄漏的位置。
图2为本申请实施例的一种管道泄漏监测方法的流程图，如图2所示，包括以下步骤：
S100：所述校时信号生成模块生成校时信号并输出到主时钟模块，所述主时钟模块根据所述校时信号进行校时，所述校时信号包括1PPS信号和TOD信号；
S200：所述主时钟模块根据发送到多个所述从时钟模块的第一同步报文、第二同步报文、多个第四同步报文以及从多个所述从时钟模块接收的多个第三同步报文与多个所述从时钟模块进行时间同步；
S300：每个所述声波传感器阵列获取在各自位置监测到的管道泄露声信号；
S400：每个所述处理模块根据所述管道泄漏声信号和所述1PPS信号确定所述管道泄漏声信号的到达时间并发送给所述服务器端；
S500：所述单片机根据多个所述处理模块发送的所述管道泄漏声信号的到达时间确定管道泄漏的位置。
以下结合本申请的优选的实施例详细说明上述各步骤的具体实施方式。
步骤S100为生成用于进行时间同步的校时信号并对主时钟模块的本地时间进行校时的步骤，具体地，当监测***处于极深的地下等环境时，由于无法接收到GPS、北斗等卫星校时信号，服务器端与多个客户端无法进行各自的直接校时，因此，需要由服务器端的单片机控制校时信号生成模块生成1PPS信号和TOD信号作为校时信号，主时钟模块首先利用上述校时信号对本地时间进行校时，然后利用上述校时信号实现主时钟模块与多个从时钟模块的时间同步。
图3给出了本申请的一种优选的实施例的管道泄漏监测***的时间同步硬件架构图，如图3所示，服务器端的单片机型号为STC8G1K08，主时钟模块和从时钟模块分别采用SYN2407E型主时钟模块和SYN2407F型工业级从时钟模块，SYN2407E型主时钟模块的天线输入端与主时钟模块评估板的输出端连接，STC8G1K08单片机控制主时钟模块评估板生成1PPS信号和TOD信号并输出到SYN240E型主时钟模块，SYN240E型主时钟模块和多个SYN2407F型工业级从时钟模块均连入以太网。
进一步地，TOD信号包括UTC时间信息。UTC时间即世界标准时间，校时信号生成模块通过生成包含的UTC时间信息的TOD信号，对主时钟模块的本地时间进行校时。
在本申请的一种优选的实施例中，校时信号生成模块生成的TOD信号采用与GPS/北斗校时信号相同的RMC(UTC)格式，其具体格式如下：
<1>UTC时间，hhmmss格式；
<2>定位状态，A＝有效定位，V＝无效定位；
<3>纬度ddmm.mmmm格式(前面的0也被传输)；
<4>纬度半球N(北半球)，S(南半球)；
<5>经度dddmm.mmmm格式(前面的0也被传输)；
<6>经度半球E(东半球)，W(西半球)；
<7>地面速率(000.0～999.9节，前面的0也被传输)
<8>地面航向(000.0～359.9度，以真北为参考基准，前面的0也被传输)；
<9>UTC日期，ddmmyy格式；
<10>磁偏角(000.0～180.0度，前面的0也被传输)；
<11>磁偏角方向,E(东)或W(西)；
<12>模式指示，A＝自主定位，D＝差分，E＝估算，N＝数据无效。
上述RMC格式的TOD信号和1PPS信号输入主时钟模块后，主时钟模块对其进行解码并根据TOD信号中包含的UTC时间对本地时间进行设置。
以下，对步骤S200的实现方式进行详细介绍。
步骤S200为主时钟模块与多个从时钟模块进行时间同步的步骤，图4为S200的具体步骤流程图，如图4所示，步骤S200包括以下步骤：
S210：所述主时钟模块向多个所述从时钟模块发送第一同步报文并将发送第一同步报文的本地时间标记并保存为第一硬件时间戳t1；
S220：每个所述从时钟模块将各自接收到第一同步报文的本地时间标记并保存为各自的第二硬件时间戳t2；
S230：所述主时钟模块在发送完成第一同步报文后立即向多个所述从时钟模块发送第二同步报文，第二同步报文包含所述t1；
S240：每个所述从时钟模块在接收到第二同步报文后立即向所述主时钟模块发送各自的第三同步报文，将发送第三同步报文的本地时间标记并保存为各自的第三硬件时间戳t3，并且保存第二同步报文中包含的t1；
S250：所述主时钟模块将接收到多个第三同步报文的多个本地时间标记并保存为与多个所述从时钟模块对应的多个第四硬件时间戳t4；
S260：所述主时钟模块向多个所述从时钟模块发送对应的多个第四同步报文，每个第四同步报文包含与每个所述从时钟模块对应的t4；
S270：每个所述从时钟模块接收到t4后，根据所述t1、t2、t3和t4计算与所述主时钟模块的时间偏差toffset和报文延迟时间tdelay，并根据所述toffset和所述tdelay进行与主时钟模块的时间同步。
进一步地，所述toffset由下式确定：
所述tdelay由下式确定：
具体地，在本申请的一种优选的实施例中，主时钟模块与多个从时钟模块之间基于IEEE1588 协议进行时间同步，图5为时间同步的过程示意图。
如图5所示，具体的时间同步过程如下：
①主时钟向各个从时钟发出同步请求报文Sync(即第一同步报文)，同时使用本地时钟作为参考，将Sync报文发出的时刻打上硬件时间戳t1，并记录在主时钟侧。每个从时钟将接收到主时钟发来的Sync报文的本地时刻，记录为硬件时间戳t2并保存在各自的从时钟侧；
②主时钟在发完Sync报文后，紧接着向各个从时钟发送Follow_UP报文(即第二同步报文)，该报文携带硬件时间戳t1的信息。每个从时钟接收到Follow_UP报文后，将硬件时间戳t1保存在各自的从时钟侧；
③每个从时钟接收到主时钟发送的Follow_UP报文后，紧接着向主时钟发送Delay_Req报文 (即第三同步报文)，同时打下硬件时间戳t3并保存在各自的从时钟侧。主时钟接收到多个从时钟的 Delay_Req报文时打下与每个从时钟对应的硬件时间戳t4并保存在主时钟侧；
④主时钟打下硬件时间戳t4后，会向每个从时钟发送Delay_Resp报文(即第四同步报文)，其中携带了与每个从时钟对应的硬件时间戳t4的信息；每个时钟接收Delay_Resp报文后，将其中的硬件时间戳t4的信息记录在各自的从时钟侧。
上述收发的各同步报文均采用PTP协议进行设置，图6示出了报文的组成结构示意图。
经过4种报文在主、从时钟间的收发，每个从时钟都保存了4个硬件时间戳t1-t4的信息，设主、从时钟间的时间偏差为toffset,报文传输延迟时间为tdelay，根据IEEE1588协议的同步过程可得：
t1-toffset+tdelay＝t2
t3+toffest+tdelay＝t4
从以上两式可以得到：
每个从时钟模块得到各自的toffset，和tdelay后，即可以通过调整从时钟硬件时间戳的相位，达到主从节点时钟的相位同步。
本申请的实施例通过单片机模拟GPS等发射的校时信号向主时钟模块发送1PPS+TOD时钟参考源，从时钟模块与主时钟模块进行多次同步报文的手法，解析恢复主时钟模块发送的时间信息和1PPS脉冲信号，***据此计算出主从线路时间延迟及主从时间差，并利用该时间差调整本地时间，使从设备的时间保持与主设备时间一致，从而能够在无GPS/北斗等卫星校时环境下完成主、从时钟模块之间的精确时间同步，在很大程度上节约了生产成本。
优选地，上述硬件时时间戳t1、t2、t3和t4都打在以太网媒体访问控制层(MAC层)，在MAC 层进行硬件时间戳的标记能够在很大程度上提高同步的精度。
进一步地，每隔固定时间T执行一次步骤S200。每隔固定时间进行一次时间同步，能够及时对服务器端与各个客户端的本地时间进行校准，从而提高了管道泄漏监测的精度。
优选地，所述主时钟模块持续向多个所述从时钟模块发送1PPS信号。从时钟模块根据主时钟模块持续发送的1PPS信号能够精确地记录每个1PPS信号的上升沿对应的本地时间，从而提高了管道泄漏监测的精度。
步骤S300为获取管道泄露声信号的步骤。
具体地，每个客户端对应的声波传感器阵列固定地设置于管道不同位置的外壁，持续地监测各自位置的声信号，并在管道发生泄露时获取在各自位置监测到的管道泄漏声信号。
以下，对步骤S400进行详细说明，图7为S400的具体步骤流程图。
如图1所示，本申请的管道泄漏监测***的客户端还包括数据采集板和AD模块，如图7所示，步骤S400进一步包括以下步骤：
S410：每个所述数据采集板接收对应的从时钟模块发送的时间报文和对应的声波传感器阵列获取的管道泄漏声信号，并发送到AD转换模块，所述时间报文包含对应的从时钟模块接收到所述 1PPS信号的本地时间信息；
S420：每个所述AD转换模块将所述时间报文和所述管道泄漏声信号转换为数字信号发送到对应的处理模块；
S430：每个所述从时钟模块将接收到的所述1PPS信号发送到对应的处理模块；
S440：每个所述处理模块根据所述1PPS信号、所述时间报文信号确定所述管道泄漏声信号到达对应的声波传感器阵列的本地时间。
图8示出了本申请的一个具体的实施例中，某一个声波传感器阵列获取的管道泄漏声信号以及对应的从时钟模块接收到的1PPS信号的示意图。如图8所示，若发生泄漏时，处理模块根据泄漏发生的声信号到达声波传感器阵列的时刻T2与前一个1PPS信号上升沿的时刻T1之间的时间差ΔT，结合从时钟模块发送的时间报文中包含的与1PPS信号对应的本地时间信息，能够精确地获取管道泄漏的声信号到达客户端的本地时间。
本申请的实施例通过每个客户端的从时钟模块接收主时钟模块持续发送的1PPS信号并输出 1PPS时间参考信号及对应时间信息的时间报文，1PPS信号接入数据传感器数据采集板，将1PPS 脉冲信号转化为模拟信号，与声波传感器采集到的管道泄漏声信号经过AD转换后传输至处理模块，时间报文直接传输至处理模块，可以对1PPS脉冲信号进行时间信息记录；保障了各客户端的数据采集和传输在时间上的一致性。
步骤S500为通过管道泄漏声信号到达各个客户端的时间对管道泄漏位置进行定位的步骤。图 9示出了管道泄漏位置定位的原理图，如图9所示，当管道发生泄漏时，每个客户端的处理模块分别获得各自的声波传感器阵列接收到管道泄漏声信号的本地时间，并发送到服务器端的单片机，根据管道泄漏定位与监测原理可计算出声波从泄漏点传播到多个客户端之间的时间差从而对泄漏点进行准确定位。
本申请的实施例还提供一种管道泄漏监测***，用于在无卫星校时环境下对管道的泄露位置进行监测，包括服务器端与多个客户端，所述服务器端包括单片机、电源模块、校时信号生成模块、主时钟模块和接口模块；每个所述客户端包括处理模块、电源模块、从时钟模块、声波传感器阵列和接口模块；多个所述客户端的声波传感器阵列固定设置于所述管道不同位置的外壁；所述服务器端与多个所述客户端通过以太网连接。图1为本申请的实施例提供的管道泄漏检测***的架构图。
所述校时信号生成模块生成校时信号并输出到主时钟模块，所述主时钟模块根据所述校时信号进行校时，所述校时信号包括1PPS信号和TOD信号；
所述主时钟模块根据发送到多个所述从时钟模块的第一同步报文、第二同步报文、多个第四同步报文以及从多个所述从时钟模块接收的多个第三同步报文与多个所述从时钟模块进行时间同步；
每个所述声波传感器阵列获取在各自位置监测到的管道泄露声信号；
每个所述处理模块根据所述管道泄漏声信号和所述1PPS信号确定所述管道泄漏声信号的到达时间并发送给所述服务器端；
所述单片机根据多个所述处理模块发送的所述管道泄漏声信号的到达时间确定管道泄漏的位置。
进一步地，所述客户端还包括数据采集板和AD模块；
每个所述数据采集板接收对应的从时钟模块发送的时间报文和对应的声波传感器阵列获取的管道泄漏声信号，并发送到AD转换模块，所述时间报文包含对应的从时钟模块接收到所述1PPS 信号的本地时间信息；
每个所述AD转换模块将所述时间报文和所述管道泄漏声信号转换为数字信号发送到对应的处理模块；
每个所述从时钟模块将接收到的1PPS信号发送到对应的处理模块；
每个所述处理模块根据所述1PPS信号、所述时间报文信号确定所述管道泄漏声信号到达对应的声波传感器阵列的本地时间。
上述管道泄漏监测***的具体结构及功能均已进行了详细介绍，在此不再赘述。
以上对本申请的具体实施方式作了详细介绍，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也属于本申请权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种管道泄漏监测方法，用于实现无卫星校时环境下服务器端与多个客户端之间的高精度时间同步以及对管道的泄露位置进行监测，所述服务器端包括单片机、电源模块、校时信号生成模块、主时钟模块和接口模块；每个所述客户端包括处理模块、电源模块、从时钟模块、声波传感器阵列和接口模块；多个所述客户端的声波传感器阵列固定设置于所述管道不同位置的外壁；所述服务器端与多个所述客户端通过以太网连接；其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S100：所述校时信号生成模块生成校时信号并输出到主时钟模块，所述主时钟模块根据所述校时信号进行校时，所述校时信号包括1PPS信号和TOD信号；
S200：所述主时钟模块根据发送到多个所述从时钟模块的第一同步报文、第二同步报文、多个第四同步报文以及从多个所述从时钟模块接收的多个第三同步报文与多个所述从时钟模块进行时间同步；
S300：每个所述声波传感器阵列获取在各自位置监测到的管道泄露声信号；
S400：每个所述处理模块根据所述管道泄漏声信号和所述1PPS信号确定所述管道泄漏声信号的到达时间并发送给所述服务器端；
S500：所述单片机根据多个所述处理模块发送的所述管道泄漏声信号的到达时间确定管道泄漏的位置。
2.如权利要求1所述的管道泄漏监测方法，其特征在于：
所述TOD信号包括UTC时间信息。
3.如权利要求1所述的管道泄漏监测方法，其特征在于，所述步骤S200进一步包括以下步骤：
S210：所述主时钟模块向多个所述从时钟模块发送第一同步报文并将发送第一同步报文的本地时间标记并保存为第一硬件时间戳t1；
S220：每个所述从时钟模块将各自接收到第一同步报文的本地时间标记并保存为各自的第二硬件时间戳t2；
S230：所述主时钟模块在发送完成第一同步报文后立即向多个所述从时钟模块发送第二同步报文，第二同步报文包含所述t1；
S240：每个所述从时钟模块在接收到第二同步报文后立即向所述主时钟模块发送各自的第三同步报文，将发送第三同步报文的本地时间标记并保存为各自的第三硬件时间戳t3，并且保存第二同步报文中包含的t1；
S250：所述主时钟模块将接收到多个第三同步报文的多个本地时间标记并保存为与多个所述从时钟模块对应的多个第四硬件时间戳t4；
S260：所述主时钟模块向多个所述从时钟模块发送对应的多个第四同步报文，每个第四同步报文包含与每个所述从时钟模块对应的t4；
S270：每个所述从时钟模块接收到t4后，根据所述t1、t2、t3和t4计算与所述主时钟模块的时间偏差toffset和报文延迟时间tdelay，并根据所述toffset和所述tdelay进行与主时钟模块的时间同步。
4.如权利要求3所述的管道泄露监测方法，其特征在于：
所述toffset由下式确定：
所述tdelay由下式确定：
5.如权利要求3或权利要求4所述的管道泄漏监测方法，其特征在于：
所述t1、t2、t3和t4在所述以太网的媒体访问控制层进行标记。
6.如权利要求1所述的管道泄漏监测方法，其特征在于：
每隔固定时间T执行一次步骤S200。
7.如权利要求1所述的管道泄露监测方法，其特征在于：
所述主时钟模块持续向多个所述从时钟模块发送1PPS信号。
8.如权利要求7所述的管道泄漏监测方法，其特征在于：
所述客户端还包括数据采集板和AD模块，所述步骤S400进一步包括以下步骤：
S410：每个所述数据采集板接收对应的从时钟模块发送的时间报文和对应的声波传感器阵列获取的管道泄漏声信号，并发送到AD转换模块，所述时间报文包含对应的从时钟模块接收到所述1PPS信号的本地时间信息；
S420：每个所述AD转换模块将所述时间报文和所述管道泄漏声信号转换为数字信号发送到对应的处理模块；
S430：每个所述从时钟模块将接收到的所述1PPS信号发送到对应的处理模块；
S440：每个所述处理模块根据所述1PPS信号、所述时间报文信号确定所述管道泄漏声信号到达对应的声波传感器阵列的本地时间。
9.一种管道泄漏监测***，用于在无卫星校时环境下对管道的泄露位置进行监测，包括服务器端与多个客户端，所述服务器端包括单片机、电源模块、校时信号生成模块、主时钟模块和接口模块；每个所述客户端包括处理模块、电源模块、从时钟模块、声波传感器阵列和接口模块；多个所述客户端的声波传感器阵列固定设置于所述管道不同位置的外壁；所述服务器端与多个所述客户端通过以太网连接；其特征在于：
所述校时信号生成模块生成校时信号并输出到主时钟模块，所述主时钟模块根据所述校时信号进行校时，所述校时信号包括1PPS信号和TOD信号；
所述主时钟模块根据发送到多个所述从时钟模块的第一同步报文、第二同步报文、多个第四同步报文以及从多个所述从时钟模块接收的多个第三同步报文与多个所述从时钟模块进行时间同步；
每个所述声波传感器阵列获取在各自位置监测到的管道泄露声信号；
每个所述处理模块根据所述管道泄漏声信号和所述1PPS信号确定所述管道泄漏声信号的到达时间并发送给所述服务器端；
所述单片机根据多个所述处理模块发送的所述管道泄漏声信号的到达时间确定管道泄漏的位置。
10.如权利要求9所述的管道泄漏监测***，其特征在于：
所述客户端还包括数据采集板和AD模块；
每个所述数据采集板接收对应的从时钟模块发送的时间报文和对应的声波传感器阵列获取的管道泄漏声信号，并发送到AD转换模块，所述时间报文包含对应的从时钟模块接收到所述1PPS信号的本地时间信息；
每个所述AD转换模块将所述时间报文和所述管道泄漏声信号转换为数字信号发送到对应的处理模块；
每个所述从时钟模块将接收到的所述1PPS信号发送到对应的处理模块；
每个所述处理模块根据所述1PPS信号、所述时间报文信号确定所述管道泄漏声信号到达对应的声波传感器阵列的本地时间。
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