CN208735289U - 一种保温管道泄漏检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种保温管道泄漏检测装置，属于供热技术领域，包括主控MCU、NB‑IOT模块、升压电路、泄漏检测电路、解调电路以及电池，主控MCU的输出端与升压电路输入端连接，升压电路输出端与泄漏检测电路的输入端连接，泄漏检测电路的输出端解调电路的输入端连接，主控MCU的输入端与解调电路的输出端连接、输出端与NB‑IOT模块输入端连接，电源分别与主控MCU和NB‑IOT模块连接为其供电。本实用新型可以自动的检测渗漏并自动告警，无需人为参与，可以及时的检测渗漏的发生，成本低。

Description

一种保温管道泄漏检测装置

技术领域

本实用新型涉及供热技术领域，特别涉及一种保温管道泄漏检测装置。

背景技术

在集中供热领域，热力管道一般采用直埋敷设，管道从里到外一般分为三层，分别是工作钢管层，聚氨酯保温层，聚乙烯保护层，管道长度200m左右。由于敷设在地下，不能及时发现渗漏，只有当渗漏量非常大的时候，人为巡查才能发现渗漏点，造成维修滞后和能源浪费。

现有的渗漏检测方案一般采用在管道内部埋设报警线来实现，定期由工作人员带着专用的检测设备对报警线进行检测来推断是否有渗漏发生。采用报警线方案的缺点是：一是，需要人为定期带着专用设备去现场检测，由于现场没有供电，一般采用大的锂电池供电，导致设备非常沉重，现场一般高温密闭，对巡护人员的人身安全有一定的危险性。二是，无法做到24h不停的巡检，所以对渗漏的发现不及时，导致造成更大的设备损坏甚至对周围的行人造成危险。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种保温管道泄漏检测装置，以及时的发现热力管道渗漏情况。

为实现以上目的，本实用新型采用一种保温管道泄漏检测装置，包括：主控MCU、NB-IOT模块、升压电路、泄漏检测电路、解调电路以及电池，主控MCU的输出端与升压电路输入端连接，升压电路输出端与泄漏检测电路的输入端连接，泄漏检测电路的输出端解调电路的输入端连接，主控MCU的输入端与解调电路的输出端连接、输出端与NB-IOT模块输入端连接，电源分别与主控MCU和NB-IOT模块连接为其供电。

进一步地，所述升压电路包括升压转换器，升压转换器的EN脚和VIN脚连接后接入电容C4的一端，电容C4的另一端接地，电感L1的一端和二极管D1的正极连接后接入升压转换器的SW脚，电感L1的另一端与电容C4的一端连接后接入所述主控MCU的电压输出端，二极管D2的负极依次连接到电阻R4的一端、连接到电容C1的一端和连接到电容C3的一端，电阻R4的另一端与电容C1的另一端连接后分别接入升压转换器的FB脚和电阻R6的一端，电阻R6的另一端接地，电容C3的一端接入2.4V电源、另一端接地，升压转换器的GND脚接地。

1、进一步地，所述泄漏检测电路包括整流桥D1、U3、降压型开关稳压器U4和单片机U5；

所述主控MCU的电压输出端经整流桥D1形成电压输出端VB，电压输出端VB接入电阻R7的一端，电压输出端VB同时连接到PMOS管Q1的源极，电阻R7的另一端分别连接到U3的一端和连接到PMOS管Q1的栅极，U3的另一端接地；

在PMOS管Q1的栅极与源极电压大于开启电压时，PMOS管Q1导通并形成后端工作电压VZ，VZ连接到三极管Q7的发射极和R19的一端，R19的另一端连接三极管Q8的发射极和接三极管Q7的基极，三极管Q8的基极与三极管Q7的集电极连接后接电阻R20的一端，电阻R20的另一端接地，三极管Q8的集电极分别接入稳压管D5的负极和接入电容C8的正极，稳压管D5的正极和电容C8的负极均接地，稳压管D5的负极和电容C8的正极连接后形成电压输出端VIN；

降压型开关稳压器U4的EN脚经电阻R13与降压型开关稳压器U4的IN脚连接后接入电压输出端VIN，降压型开关稳压器U4的BST脚经电容C5与降压型开关稳压器U4的SW脚连接，降压型开关稳压器U4的SW脚分别接电感L2的一端和稳压管D4的负极，稳压管D4的正极接地，电感L2的另一端依次经电容C6接地、经电容C7接地以及经电阻R5的一端、R6的一端后接地，R5的另一端接入电压源VCC，降压型开关稳压器U4的FB脚接入电阻R5和电阻R6之间，降压型开关稳压器U4的GND脚接地；

电压源VCC接入单片机U5的VDD脚，单片机U5的PA0脚经电阻R16接入三极管Q6的基极，三极管Q6的集电极与电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端接地，电阻R18的一端经电阻R17后接入三极管Q5的基极，三极管Q6的发射极接电源VCC，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的集电极经电阻R10与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与R19的一端连接，R9的另一端与三极管Q2的发射极连接，R9的一端与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的集电极与三极管Q3的发射极连接，三极管Q3的发射极分别接电压原V20和电阻R8的一端，电阻R8的另一端分别接入三极管Q3的基极和三极管Q4的发射极，三极管Q4的基极与三极管Q3的集电极连接后接电阻R11的一端，电阻R11的另一端接地，三极管Q4的集电极经电阻R14接地。

进一步地，所述解调电路包括检测电阻R2、比较器U2A和二极管D3；

所述升压电路的输出端经检测电阻R2形成电压VBUS后接入比较器U2A的正极输入端，所述升压电路的输出端经检测电阻R2后接入二极管D3的正极，二极管D3的负极依次经电阻R3接入电阻R5的一端、接入电容C2的正极，电阻R5的另一端和电容C2的负极均接地；

容C2的正极接入比较器U2A的负极输入端，比较器U2A的输出端经上拉电阻R1接入所述主控MCU，比较器U2A的输出端还经RX_TTL连接到主控MCU的串口接口管脚。

进一步地，所述主控MCU型号为STM32L053R8T6。

进一步地，所述泄漏检测电路在管道保温层中间隔布置。

与现有技术相比，本实用新型存在以下技术效果：本发明电池给主控MCU和NB-IOT模块供电，主控MCU平时处于休眠模式，定时唤醒后打开升压电路给泄漏检测电路供电，泄漏检测电路检测到泄漏发生时会在总线上发送20mA的信号，20mA信号通过解调电路被解调为TTL信号，主控MCU收到此信号的时候，通过NB-IOT模块发送报警信息到服务器和相关人员。本方案可自动的检测渗漏并自动告警，无需人为参与，可以及时的检测渗漏的发生，成本低。

附图说明

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述：

图1是一种保温管道泄漏检测装置的结构示意图；

图2是升压电路拓扑图；

图3是泄漏检测电路拓扑图；

图4是解调电路拓扑图；

图5是泄漏检测电路安装示意图。

具体实施方式

为了更进一步说明本实用新型的特征，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本实用新型的保护范围加以限制。

如图1所示，本实施例公开了一种保温管道泄漏检测装置，包括主控MCU、NB-IOT模块、升压电路、泄漏检测电路、解调电路以及电池，主控MCU的输出端与升压电路输入端连接，升压电路输出端与泄漏检测电路的输入端连接，泄漏检测电路的输出端解调电路的输入端连接，主控MCU的输入端与解调电路的输出端连接、输出端与NB-IOT模块输入端连接，电源分别与主控MCU和NB-IOT模块连接为其供电。

其中，电池给主控MCU（型号为STM32L053R8T6）和NB-IOT模块（型号为BC95）供电，主控MCU平时处于休眠模式，定时唤醒后打开升压电路给泄漏检测电路供电，泄漏检测电路检测到泄漏发生时会在总线上发送20mA的信号，20mA信号通过解调电路被解调为TTL信号，主控MCU收到此信号的时候，通过NB-IOT模块发送报警信息到服务器和相关人员。

进一步地，如图2所示，VBAT为电池的输入电压，输入电压经稳压电容C4稳压后进入到升压转换器U1（型号为TPS61040）的5脚，U1的第4脚连接到U1的第5脚，同时VBAT连接到电感L1的一端，L1的另一端连接到U1的第1脚，同时连接到二极管D2的一端，D2的输出连接到R4的一端，同时连接到C1和C3的一端，电阻R4和R6分压后的电压进入U1的第3脚作为反馈电压，电容C1和电阻R4并联用于滤波，电容C3用于稳压，U1的第2管脚接地。

进一步地，如图3所示，泄漏检测电路的结构为：总线电压经过整流桥D1形成电压VB，VB连接到电阻R7的一端，同时连接到PMOS管Q1的S端，电阻R7的另一端连接到U3的一端，U3的另一端接地，U3是由距离很近的两个探针组成的，两个探针固定在基座上，两个探针分别引出一根导线。U3平时没有渗水，U3的阻值很高，U3的电压接近VB，由于Q1的栅极与源极电压小于开启电压，所以Q1截止，当发生渗水的时候，U3的阻值迅速降低，U3的电压降低，由于Q1的栅极与源极电压大于开启电压，从而Q1导通，形成后端工作电压VZ，VZ连接到三极管Q7的E极，R19的一端，R9的一端和Q2的E极，R19的另一端连接Q8的E极，Q8的B极连接电阻R20的一端，电阻R20的另一端接地，由于Q8的B极电压低于Q8的E极电压，所以Q8导通，有电流流经电阻R19，从而Q8的E极电压会有部分下降，由于Q8的E极连接到Q7的B极，所以Q7的B极电压会部分下降，由于Q7的E极电压大于B极电压，所以Q7导通，Q7的E极和B极的电压差约为0.7V，此电压差作用在R19的两端，R19会流过一个固定的电流，此电流经过Q8的E极和C极，连接到稳压管D5的负极和电容C8的正极，从而形成电压VIN，D5的正极接地，C8的负极接地，VIN连接降压型开关稳压器U4（型号为MP2459GJ）的第5脚，同时连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端连接到U4的第4脚，使得U4可以正常工作，U4的第1脚和第6脚之间连接电容C5，U1的第6脚连接肖特基二极管D4的负端，同时连接电感L2的一端，L2的另一端连接稳压电容C6和滤波电容C7，稳压后的电压VCC经电阻R15和电阻R14分压后进入U4的第3脚作为反馈信号，VCC进入单片机U5（型号为STM8L001J3）的第4脚为U5提供电压。U5的第1脚输出高电平的时候，此高电平经过电阻R16连接到PNP三极管Q6的B极，Q6的E极接VCC，从而Q6截止，从而Q6的C极为低电平也即R18上的电压为低电平，此低电平通过电阻R17连接到NPN三极管Q5的B极，Q5的E极接地，从而Q5截止，电阻R10没有电流流过，没有压降，Q2的B极电压通过电阻R9上拉到VZ，导致PNP三极管Q2的B极和E极电压相等，从而Q2截止，电压V20为0，后端的20mA电流不工作；U5的第1脚输出低电平的时候，此低电平经过电阻R16连接到PNP三极管Q6的B极，Q6的E极接VCC，从而Q6导通，从而Q6的C极为高电平也即R18上的电压为高电平，此高电平通过电阻R17连接到NPN三极管Q5的B极，Q5的E极接地，从而Q5导通，Q2的B极电压由电阻R9和R10分压获得，Q2的B极电压低于Q2的E极电压，从而Q2导通，产生电压V20，V20连接电阻R8的一端，R8的另一端连接Q4的E极，Q4的B极连接电阻R11的一端，R11的另一端接地，由于Q4的E极高于B极电压，Q4导通，从而Q4的E极电压下降，Q4的E极连接到Q3的B极，从而Q3的B极电压下降，由于Q3的E极电压大于Q3的B极电压，从而Q3导通，Q3的E极和B极的电压约为0.7V，此0.7V的电压就是电阻R8两端的电压，从而电阻R8的电流为07V/R8，R8的阻值取合适的值使得电流为20mA；通过上述的分析知道：U5的第1脚输出高电平时候，总线电流没有增加；U5的第1脚输出低电平的时候，总线增加20mA的电流，解调电路解调出变化的电流。

进一步地，如图4所示，解调电路的结构为：升压后的电压V24经过检测电阻R2形成电压VBUS，接入比较器U2A的第3脚，VBUS同时连接二极管D3的正极，二极管D3的负极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接电阻R5的一端，同时连接电容C2的一端，同时连接到比较器U2A的第2脚，比较器U2A的第8脚连接V24，比较器U2A的第1脚连接上拉电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接VBAT，平时不通讯的时候VBUS通过D3，R3给电容C2充电，C2的电压接近总线电压VBUS，当总线有20mA的电流的时候，造成R2上有压降，VBUS会降低，由于二极管D3的单向导通特性，C2的电压不会降低，保持为之前的总线电压，由于比较器U2A的正端电压低于负端电压，比较器输出低电平，也即RX_TTL为低电平；当总线没有20mA电流的时候比较器U2A的正端电压高于负端电压，比较器U2A的第一脚输出高阻，经过电阻R1上拉到VBAT，从而RX_TTL为高电平，RX_TTL连接到主控MCU的串口接口管脚。

进一步地，如图5所示，管道保温层中每隔一定距离L安装泄漏检测电路，距离控制主机最近的泄漏检测电路的编号为1，最远的泄漏检测电路的编号为N，所有的泄漏检测电路使用共同的两根线连接控制主机，当某个泄漏检测电路M发生泄漏时候，该泄漏检测电路发送自己的编号到控制主机，控制主机计算出该泄漏点距离控制主机的距离为M×L，控制主机将此信息发送到服务器或者通过短信等方式告知相关人员。

其中，保温管包括外保护层、保温层、防渗漏层三部分，外保护层材料为聚乙烯夹克管或玻璃钢或其它材料。

需要说明的是，在本实施例中的管道泄漏检测装置中，当任意一个检测位置发生泄漏时候，该处的检测电路获得供电从而工作，向主机发送该处的位置信息给主机，主机读取到该信息后，将该信息发送到服务器或者相关人员的手机上。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种保温管道泄漏检测装置，其特征在于，包括：主控MCU、NB-IOT模块、升压电路、泄漏检测电路、解调电路以及电池，主控MCU的输出端与升压电路输入端连接，升压电路输出端与泄漏检测电路的输入端连接，泄漏检测电路的输出端解调电路的输入端连接，主控MCU的输入端与解调电路的输出端连接、输出端与NB-IOT模块输入端连接，电源分别与主控MCU和NB-IOT模块连接为其供电。

2.如权利要求1所述的保温管道泄漏检测装置，其特征在于，所述升压电路包括升压转换器，升压转换器的EN脚和VIN脚连接后接入电容C4的一端，电容C4的另一端接地，电感L1的一端和二极管D1的正极连接后接入升压转换器的SW脚，电感L1的另一端与电容C4的一端连接后接入所述主控MCU的电压输出端，二极管D2的负极依次连接到电阻R4的一端、连接到电容C1的一端和连接到电容C3的一端，电阻R4的另一端与电容C1的另一端连接后分别接入升压转换器的FB脚和电阻R6的一端，电阻R6的另一端接地，电容C3的一端接入2.4V电源、另一端接地，升压转换器的GND脚接地。

3.如权利要求1所述的保温管道泄漏检测装置，其特征在于，所述泄漏检测电路包括整流桥D1、U3、降压型开关稳压器U4和单片机U5；

所述主控MCU的电压输出端经整流桥D1形成电压输出端VB，电压输出端VB接入电阻R7的一端，电压输出端VB同时连接到PMOS管Q1的源极，电阻R7的另一端分别连接到U3的一端和连接到PMOS管Q1的栅极，U3的另一端接地；

在PMOS管Q1的栅极与源极电压大于开启电压时，PMOS管Q1导通并形成后端工作电压VZ，VZ连接到三极管Q7的发射极和R19的一端，R19的另一端连接三极管Q8的发射极和接三极管Q7的基极，三极管Q8的基极与三极管Q7的集电极连接后接电阻R20的一端，电阻R20的另一端接地，三极管Q8的集电极分别接入稳压管D5的负极和接入电容C8的正极，稳压管D5的正极和电容C8的负极均接地，稳压管D5的负极和电容C8的正极连接后形成电压输出端VIN；

降压型开关稳压器U4的EN脚经电阻R13与降压型开关稳压器U4的IN脚连接后接入电压输出端VIN，降压型开关稳压器U4的BST脚经电容C5与降压型开关稳压器U4的SW脚连接，降压型开关稳压器U4的SW脚分别接电感L2的一端和稳压管D4的负极，稳压管D4的正极接地，电感L2的另一端依次经电容C6接地、经电容C7接地以及经电阻R5的一端、R6的一端后接地，R5的另一端接入电压源VCC，降压型开关稳压器U4的FB脚接入电阻R5和电阻R6之间，降压型开关稳压器U4的GND脚接地；

电压源VCC接入单片机U5的VDD脚，单片机U5的PA0脚经电阻R16接入三极管Q6的基极，三极管Q6的集电极与电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端接地，电阻R18的一端经电阻R17后接入三极管Q5的基极，三极管Q6的发射极接电源VCC，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的集电极经电阻R10与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与R19的一端连接，R9的另一端与三极管Q2的发射极连接，R9的一端与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的集电极与三极管Q3的发射极连接，三极管Q3的发射极分别接电压原V20和电阻R8的一端，电阻R8的另一端分别接入三极管Q3的基极和三极管Q4的发射极，三极管Q4的基极与三极管Q3的集电极连接后接电阻R11的一端，电阻R11的另一端接地，三极管Q4的集电极经电阻R14接地。

4.如权利要求1所述的保温管道泄漏检测装置，其特征在于，所述解调电路包括检测电阻R2、比较器U2A和二极管D3；

所述升压电路的输出端经检测电阻R2形成电压VBUS后接入比较器U2A的正极输入端，所述升压电路的输出端经检测电阻R2后接入二极管D3的正极，二极管D3的负极依次经电阻R3接入电阻R5的一端、接入电容C2的正极，电阻R5的另一端和电容C2的负极均接地；

容C2的正极接入比较器U2A的负极输入端，比较器U2A的输出端经上拉电阻R1接入所述主控MCU，比较器U2A的输出端还经RX_TTL连接到主控MCU的串口接口管脚。

5.如权利要求1所述的保温管道泄漏检测装置，其特征在于，所述主控MCU型号为STM32L053R8T6。

6.如权利要求1所述的保温管道泄漏检测装置，其特征在于，所述泄漏检测电路在管道保温层中间隔布置。