CN212107899U - 基于电子成像技术监测的地下管网*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及基于电子成像技术监测的地下管网***，至少包括：电流供电设备、阴极保护测试桩、检测装置、传输装置和主控装置；电流供电设备包括恒电位仪和辅助阳极地床，恒电位仪的正极连接辅助阳极地床，恒电位仪的负极连接地下管道测试段的一端；阴极保护测试桩设于地下管道测试段的两端；检测装置包括处理器、检测电路、多个电学传感器组及其相应的放大电路，电学传感器组设于监测段的管道中某一监测点的目标管道内或管道边缘，电学传感器组一端连接检测电路，另一端经放大电路连接处理器；处理器与检测电路相连。该***和方法将检漏和测堵结合，在检测和预测上，能实现高效检漏和测堵。

Description

基于电子成像技术监测的地下管网***

技术领域

本实用新型属于地下管网监测领域，具体的说是一种基于电子成像技术监测的地下管网***。

背景技术

随着中国工业和科技现代化的发展，城镇化水平逐年提高，2010年，中国的城镇化率已经达到46.6％，预计2020年将在55％至60％之间。现今，城镇的地下管网承载、承压负荷急剧增加，各类事故进入高发期，造成的经济损失巨大，因此，旧网改造和新网建设对接迫在眉睫。

当前，地下管网的检测技术的分类，可分为直接检测法和间接检测法。其中，直接检测法是对管道泄漏出的物质进行检测，主要有：检漏电缆***法、导电高聚物检漏法、示踪剂检测法和光纤泄漏检测法等。间接检测法是对泄漏时产生的现象进行检测，主要有：压力波检漏法、水力坡降线法、质量平衡法、统计决策法、和声信号分析法等。由于地下管网的复杂性，以上任何单一的方法都难以满足实际的工作要求，尤其对于预测和预警的难度更大。

另一方面，埋设于地下的管道或钢构筑物，大多设置了阴极保护***予以防腐蚀。现有的外加电流阴极保护，在回路中串入一个直流电源，借助辅助阳极，将直流电通向被保护的金属，进而使被保护金属变成阴极，实施保护。如图1所示，包括恒电位仪、测试桩、参比电极、辅助阳极地床等。申请人针对该类型地下管道的铺设特点，对地下管道设置监测***，以解决现有地下管网预测和预警难度大的技术问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于电子成像技术监测的地下管网***，该***在阴极保护***基础上进行改进，不需添加任何外来物质，操作简单；该***将检漏和测堵结合，在检测和预测上，能实现高效检漏和测堵。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种基于电子成像技术监测的地下管网***，所述地下管网***至少包括：电流供电设备、阴极保护测试桩、检测装置、传输装置和主控装置；

所述电流供电设备包括恒电位仪和辅助阳极地床，所述恒电位仪的正极连接所述辅助阳极地床，所述恒电位仪的负极连接地下管道测试段的一端；所述阴极保护测试桩设于地下管道测试段的两端；

所述检测装置包括处理器、检测电路、多个电学传感器组及其相应的放大电路，所述电学传感器组设于监测段的管道中某一监测点的目标管道内或管道边缘，所述电学传感器组一端连接所述检测电路，另一端经所述放大电路连接所述处理器；所述处理器与所述检测电路相连；

所述传输装置为连接所述检测装置和主控装置的专用线缆或者无线模块，用于将接收的传感信息上传至主控装置；

所述主控装置用于接收采集的监测段目标截面的电学特征信息，并对接收的检测信息处理。

进一步的，每一所述电学传感器组包括若干个电流传感器和/或若干个电位传感器；所述电流传感器和/或电位传感器均匀环设于检测点的目标管道内或管道边缘。

在另一个改进的技术方案中，每一所述电学传感器组至少由12个电位传感器构成，所述电位传感器均匀环设于目标管道内或管道外壁。

更优选的方案中，每一所述电学传感器组由均匀环设于目标管道外壁的16个电位传感器构成。

进一步的技术方案中，所述处理器安装于阴极保护测试桩中；所述检测装置还包括保护套，所述保护套包括沿地下管道铺设且套设所述检测电路和放大电路的保护套管和安装电学传感器组的环形套管，对应所述监测点的目标管道上的所述保护套管外壁设有供电路电线伸出的出口；

所述环形套管对应出口的位置安装于所述目标管道上，其内壁上均匀分布有若干孔洞，用于供电位传感器伸出环形套管外，并固定在目标管道外壁上。

进一步的，所述环形套管设有断口，所述断口两端上部均向外延伸有凸件，所述凸件的外侧高度大于内侧高度；所述保护套管对应出口位置两侧均向外延伸有连接件，所述连接件外侧面向内挖设有于所述凸件相适配的槽部，所述槽部内侧的高度大于外侧高度。

再一个优选方案，所述检测装置还包括有数据存储单元，所述数据存储单元分别与电学传感器组和处理器相连接。

进一步的，所述主控装置连接有监控成像终端，用于将接受的各目标横截面的电学信号经换算后以图像形式展示。

本实用新型的测量管道对象为金属管道，当管道发生泄漏时，管道上的电位传感器接收的电阻或电压会发生变化，根据此特征信号的变化可定位泄漏点。同时通过与管道结构相关的电极常数确定电导率，根据介质标准电导率比对，推断出相应物质。

本实用新型具有以下有益效果：

1.本实用新型基于监测地下管道的电位电流信息，得到实时在线的大量电信号数据，适用于多相流体可用于混浊流体，解决了光学方法的难题。本实用新型得到的电信号由软件转换成数字信号，可用于远距离传输。

2.本实用新型不需要添加任何外来物质，减少了操作成本和难度。本实用新型具有很高的稳定可靠性，适合长期实时在线监测。

3.本实用新型通过硬件和软件能将检漏和测堵结合，提高预测和预警能力，这是传统方法不能实现的。

4.本实用新型应用高效信号分析软件，得到的输出结果有直观可视性，有利于相关决策和相应的施工方案。

5.本实用新型的传感器具有灵活性，可用于边界式和内置式，大小尺寸也可根据实际情况调整；传感器设置合理，环形套管采用耐腐蚀、强度高的材料制成，其使得传感器安装简易，减小损坏率，提高使用寿命。

附图说明

图1为现有地下管道阴极保护的原理示意图；

图2为本实用新型地下管网***的一种实施方式的结构示意图；

图3为本实用新型地下管网***检测装置的一种实施方式的结构示意图；

图4为本实用新型电学传感器组在地下管道的分布示意图；

图5为本实用新型地下管网***中保护套的一种实施方式的结构示意图；

图6为本实用新型地下管网***中保护套的横截示意图；

图7为本实用新型地下管网***的另一种实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号标示相同或类似的元件。下面通过参考附图描述的实施例是实例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

本实用新型基于电子成像技术的监测地下管网***针对已有方法的不足，加大测量的信息量和提升分析软件的功能，在检测和预测上，能实现高效检漏和测堵。

本实用新型的地下管网***在现有阴极保护***的基础上进行改进，图2示出了本实用新型的一种基于电子成像技术监测的地下管网***的实施方式，所述地下管网***包括：电流供电设备1、阴极保护测试桩2、检测装置3、传输装置4和主控装置5。

电流供电设备包括恒电位仪10和辅助阳极地床11，所述恒电位仪10 的正极连接所述辅助阳极地床11，辅助阳极将保护电流送入土壤，经土壤流入被保护的管道。所述恒电位仪10的负极连接地下管道测试段的一端，形成一个回路。一般的，所述阴极保护测试桩2设于地下管道测试段的两端。

图3所示，所述检测装置3包括处理器30、检测电路31、多个电学传感器组32及其相应的放大电路33，所述电学传感器组32设于监测段的管道中某一监测点的目标管道内或管道边缘，所述电学传感器组32一端连接所述检测电路31，另一端经所述放大电路33连接所述处理器30；所述处理器30与所述检测电路31相连；所述处理器30可安装于阴极保护测试桩 2中。本实用新型所述检测装置3的处理器30可通过设置遥控配件以实现数据无线遥控检测、数据采集及其他操作。检测装置3的检测功能由处理器30控制，在处理器30的程序指令下，完成传感器的采集工作；随后经传输装置4将采集数据批量传输给主控装置5，由主控装置5的数据处理软件实现数据处理。

在具体的技术方案中，每一所述电学传感器组32包括若干个电流传感器和/或若干个电位传感器；所述电流传感器和/或电位传感器均匀环设于检测点的目标管道内或管道边缘。该处所述的每一电学传感组32环设具体指其均设在同一目标检测管道的截面上。一个示例，每一所述电学传感器组 32至少由12个电位传感器构成，所述电位传感器均匀环设于目标管道内或管道外壁。另一具体示例中，每一所述电学传感器组32由均匀环设于目标管道外壁的16个电位传感器构成，如图4所示。

所述传输装置4为连接所述检测装置3和主控装置5的专用线缆或者无线模块，用于将接收的传感信息上传至主控装置5。

所述主控装置5用于接收采集的监测段目标截面的电学特征信息，并对接收的检测信息处理。

本实用新型的一些示例中，为进一步延长电线电缆和多个传感器组的使用寿命，安装便捷；图5所示，所述检测装置3还包括保护套，所述保护套包括沿地下管道铺设且套设所述检测电路31和放大电路33的保护套管60和安装电学传感器组32的环形套管62，对应所述监测点的目标管道上的所述保护套管60外壁设有供电路电线伸出的出口61。

所述环形套管62对应出口61的位置安装于所述目标管道上，其内壁上均匀分布有若干孔洞63，用于供电位传感器伸出环形套管62外，并固定在目标管道外壁上。

见图6具体的实例中，所述环形套管62设有断口620，所述断口620 两端上部均向外延伸有凸件622，所述凸件622的外侧高度大于内侧高度；所述保护套管60对应出口61位置两侧均向外延伸有连接件610，所述连接件610外侧面向内挖设有于所述凸件622相适配的槽部611，所述槽部 611内侧的高度大于外侧高度。安装时，将传感器和相关线路沿环形套管 62铺设好，随后将环形套管62一侧的凸件622横向***槽部611；再将环形套管611沿管道环绕安装，另一侧的凸件622横向***另一侧槽部611，即完成固定。本实用新型所述的环形套管可采用耐腐蚀耐高温耐磨的材料制成，如聚四氟乙烯等。

本实用新型地下管网***的又一个示例中，所述检测装置3还包括有数据存储单元34，所述数据存储单元34分别与电学传感器组32和处理器 30相连接。所述主控装置5连接有监控成像终端，用于将接受的各目标横截面的电学信号经换算后以图像形式展示。

本实用新型基于电子成像技术监测的地下管网***，其主控装置5内设有能获取监测区域中电导分布的运算模块，用于根据运算得出节点的电导数值判断是否存在管道泄漏，所述该运算模块中的工作方程包括：

其中边界条件：对于微小边界面积有V＝V₀

式中：f为外加电场，

为哈密尔顿算子(Hamiltonian，又汉密尔顿算子)。

V₀为边界点的电势能函数；J₀为边界点的传导电流密度；n为单位体积内的载流子数目。

上述方程中，获取并计算检测目标点的电场强度、电导散度和电势能的梯度，并根据电导率运算方程计算出监测节点的电导率具体变化数据，从而推断出相应物质。具体的，通过电位传感器监测管道的电阻或电压输出并计算电导值；通过与管道结构相关的电极常数确定电导率。根据介质电导率比对，推断出相应物质，以此类推，对多个节点电导和电导率数值的计算，关联出对应物质分布。

随后，相应的运算数据经主控装置显示相应目标节点的电压数据，并通过图形颜色比对反应管道的高低压状况。在一个示例中，对于流体截面的电子成像内容通过运算软件进行图形式显现，软件界面中包括有流体截面图形、一组电压数据图以及颜色调节键，流体截面图形如图3所示，图形4中分布有高电压区a和低电压区b高，通过不同颜色进行电压区a和低电压区b的对比；这种直观的视图能帮助专家和工程人员提高预测和预警能力。本实用新型地下管网监测***所述电子成像技术具体应当理解为在后端平台上管道成像的实时监测，该方法可得到实时在线的大量电信号数据，适用于多相流体(可用于混浊流体)，解决了光学方法的难题。本发明得到的电信号转换成数字信号，可用于远距离传输。本发明不需要添加任何外来物质，减少了操作成本和难度；同时该***具有很高的稳定可靠性，适合长期实时在线监测。

Claims (8)

1.一种基于电子成像技术监测的地下管网***，其特征在于，所述地下管网***至少包括：电流供电设备(1)、阴极保护测试桩(2)、检测装置(3)、传输装置(4)和主控装置(5)；

所述电流供电设备(1)包括恒电位仪(10)和辅助阳极地床(11)，所述恒电位仪(10)的正极连接所述辅助阳极地床(11)，所述恒电位仪(10)的负极连接地下管道测试段的一端；所述阴极保护测试桩(2)设于地下管道测试段的两端；

所述检测装置(3)包括处理器(30)、检测电路(31)、多个电学传感器组(32)及其相应的放大电路(33)，所述电学传感器组(32)设于监测段的管道中某一监测点的目标管道内或管道边缘，所述电学传感器组(32)一端连接所述检测电路(31)，另一端经所述放大电路(33)连接所述处理器(30)；所述处理器(30)与所述检测电路(31)相连；

所述传输装置(4)为连接所述检测装置(3)和主控装置(5)的专用线缆或者无线模块，用于将接收的传感信息上传至主控装置(5)；

所述主控装置(5)用于接收采集的监测段目标截面的电学特征信息，并对接收的检测信息处理。

2.如权利要求1所述的基于电子成像技术监测的地下管网***，其特征在于，每一所述电学传感器组(32)包括若干个电流传感器和/或若干个电位传感器；所述电流传感器和/或电位传感器均匀环设于检测点的目标管道内或管道边缘。

3.如权利要求1所述的基于电子成像技术监测的地下管网***，其特征在于，每一所述电学传感器组(32)至少由12个电位传感器构成，所述电位传感器均匀环设于目标管道内或管道外壁。

4.如权利要求3所述的基于电子成像技术监测的地下管网***，其特征在于，每一所述电学传感器组(32)由均匀环设于目标管道外壁的16个电位传感器构成。

5.如权利要求4所述的基于电子成像技术监测的地下管网***，其特征在于，所述处理器(30)安装于阴极保护测试桩(2)中；所述检测装置(3)还包括保护套，所述保护套包括沿地下管道铺设且套设所述检测电路(31)和放大电路(33)的保护套管(60)和安装电学传感器组(32)的环形套管(62)，对应所述监测点的目标管道上的所述保护套管(60)外壁设有供电路电线伸出的出口(61)；

所述环形套管(62)对应出口(61)的位置安装于所述目标管道上，其内壁上均匀分布有若干孔洞(63)，用于供电位传感器伸出环形套管(62)外，并固定在目标管道外壁上。

6.如权利要求5所述的基于电子成像技术监测的地下管网***，其特征在于，所述环形套管(62)设有断口(620)，所述断口(620)两端上部均向外延伸有凸件(622)，所述凸件(622)的外侧高度大于内侧高度；所述保护套管(60)对应出口(61)位置两侧均向外延伸有连接件(610)，所述连接件(610)外侧面向内挖设有于所述凸件(622)相适配的槽部(611)，所述槽部(611)内侧的高度大于外侧高度。

7.如权利要求1所述的基于电子成像技术监测的地下管网***，其特征在于，所述检测装置(3)还包括有数据存储单元(34)，所述数据存储单元(34)分别与电学传感器组(32)和处理器(30)相连接。

8.如权利要求1所述的基于电子成像技术监测的地下管网***，其特征在于，所述主控装置(5)连接有监控成像终端，用于将接受的各目标横截面的电学信号经换算后以图像形式展示。

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