CN102606889A - 燃气阀井泄漏监测终端 - Google Patents
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Abstract
本发明是燃气阀井泄漏监测终端，其特征是主要包括I/O端口、16位RISC核、RAM/ROM、A/D转换、温度监测信号调理、水位侦测探头、设备异动监测、红外光谱成分分析仪、安装区域水位、气体采样。优点：将无线GPRS传输技术、低功耗控制技术、防盗报警技术与燃气泄漏探测技术结合，把预防管道燃气泄漏的人工巡检方式转变为昼夜实时监测的现代化自动模式，从而达到完善和提升整个城市燃气管网泄漏的预、报警能力，减少燃气泄漏事故造成的危害。该系统具有自动化程度高、维护保养简便、系统成本低等特点。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种燃气阀井泄漏监测终端，属于燃气阀井泄漏监测技术领域。
背景技术
在各类工业管线中，燃气管线是城市范围内分布最广、涉及区域最多的高危压力管线。从安全角度来看，燃气阀井是整个燃气管网线路上设备相对密集的地方，由于地区温差、地面沉降、焊缝缺陷、年久失修、管道腐蚀和外力破坏等因素的存在，可能造成阀井中阀门密封不良或周围管道泄漏，燃气很容易在阀井内形成堆积，由此引发的爆炸和爆燃事故时有发生，特别是随着燃气管网越来越复杂、管线越来越长，重大安全隐患问题越发突出，严重威胁社会公共安全和公共利益。目前燃气阀井泄漏常用的监测手段有人工嗅觉探测、人工仪表巡查、地表植物观察等，但这些常用的监测手段存在一定的弊端，如：效率低、实时性差、监控范围有限、人力资源成本高、不能有效预警等。
发明内容
本发明提出的是一种燃气阀井泄漏监测终端，其目的是针对燃气阀井泄漏监测的具体应用需求，将无线GPRS传输技术、低功耗控制技术、防盗报警技术与燃气泄漏探测技术结合，把预防管道燃气泄漏的人工巡检方式转变为昼夜实时监测的现代化自动模式，从而减少燃气泄漏事故造成的危害。该系统具有自动化程度高、维护保养简便、系统成本低等特点。
本发明的技术解决方案：其特征是设备异动监测信号输出端与第一I/O端口的信号输入端相接，第一I/O端口的信号输出端与16位RISC核的第一信号输入端相接，安装区域水位信号输出端与水位侦测探头的信号输入端相接，水位侦测探头的信号输出端与第二I/O端口的信号输入端相接，第二I/O端口的信号输出端与16位RISC核的第二信号输入端相接，气体采样传感器的气体信号输出端与红外光谱成分分析仪的温度信号输入端相接，红外光谱成分分析仪的温度信号输出端与信号调理的信号输入端相接，信号调理的信号输出端与第一A/D转换器的信号输入端相接，第一A/D转换器的信号输出端与16位RISC核的第三信号输入端相接，温度监测的温度信号输出端与第二A/D转换器的信号输入端相接，第二A/D转换器的信号输出端与16位RISC核的第四信号输入端相接，16位RISC核的第五信号输入端与时钟电路的信号输出端相接，16位RISC核的第六信号输入端与复位电路的信号输出端相接，16位RISC核的第七信号输入端与电源电路的电源输出端相接，16位RISC核的信号输出端与第三I/O端口的信号输入端相接，第三I/O端口的信号输出端与看门狗电路的信号输入端相接，看门狗电路的信号输出端与复位电路的信号输入端相接，GPRS/GSM通讯模块的信号输出/输入端与通讯端口的第一信号输入/输出端对应相接，通讯端口的第二信号输入/输出端与16位RISC核的第一信号输出/输入端对应相接，16位RISC核的第二信号输出/输入端与RAM/ROM的信号输入/输出端对应相接。
本发明的优点：监测阀井内燃气浓度和水位高度，并将监测到的数据通过GPRS网络或手机短信传送到监控中心。基于三维燃气管网系统图实时显示每个阀井内的燃气浓度和水位高度。实时数据、事件记录、操作记录的长期保存。针对某一阀井检测点显示趋势曲线，也可以进行多阀井检测点同时显示趋势曲线，通过分析和对比实现预测预警功能。采用基于NDIR技术的红外探测技术原理，具有精度高、选择性好、灵敏可靠、反应快、测量范围宽、不中毒、不依赖于氧气、受环境干扰因素较小、 寿命长等显著优点，既免除了常用半导体传感器稳定性较差，受环境影响较大，易中毒又克服了催化燃烧型传感器暗火工作，有引燃爆炸危险的弊端。采用GPRS/GSM无线传输：燃气探测设备可安装于任何地点，无需布线，覆盖范围较广，特别设计的天线系统，保证天线安装在井下也好的接收效果，无需开挖路面，安装方便，同时也便于维护；休眠电流非常小,采用事件触发+周期循环工作相结合的方式既保证了报警信息的实时性又便于绘制整体浓度曲线；采用呼吸膜技术覆盖传感器探测空间表面做到防水透气有效延长探头的使用寿命，探头防水浸。
附图说明
附图1是燃气阀井泄漏监测终端的结构示意图。
附图2是水位侦测探头的结构示意图。
图中的1是红外探测探头 、2是空腔 、3是探头外壳。
具体实施方式
对照附图1，其结构是设备异动监测信号输出端与第一I/O端口的信号输入端相接，第一I/O端口的信号输出端与16位RISC核的第一信号输入端相接，安装区域水位信号输出端与水位侦测探头的信号输入端相接，水位侦测探头的信号输出端与第二I/O端口的信号输入端相接，第二I/O端口的信号输出端与16位RISC核的第二信号输入端相接，气体采样的气体信号输出端与红外光谱成分分析仪的温度信号输入端相接，红外光谱成分分析仪的温度信号输出端与信号调理的信号输入端相接，信号调理的信号输出端与第一A/D转换器的信号输入端相接，第一A/D转换器的信号输出端与16位RISC核的第三信号输入端相接，温度监测的温度信号输出端与第二A/D转换器的信号输入端相接，第二A/D转换器的信号输出端与16位RISC核的第四信号输入端相接，16位RISC核的第五信号输入端与时钟电路的信号输出端相接，16位RISC核的第六信号输入端与复位电路的信号输出端相接，16位RISC核的第七信号输入端与电源电路的电源输出端相接，16位RISC核的信号输出端与第三I/O端口的信号输入端相接，第三I/O端口的信号输出端与看门狗电路的信号输入端相接，看门狗电路的信号输出端与复位电路的信号输入端相接，GPRS/GSM通讯模块的信号输出/输入端与通讯端口的第一信号输入/输出端对应相接，通讯端口的第二信号输入/输出端与16位RISC核的第一信号输出/输入端对应相接，16位RISC核的第二信号输出/输入端与RAM/ROM的信号输入/输出端对应相接。
燃气泄漏监测终端采用电池供电，在器件的选型和产品的方案设计中均时刻注意低功耗的目标。电源采用高转换效率及低静态功耗器件，所有大功率外设均设置电源关断，在不进行信号采集和数据传送时关闭相应外设供电。嵌入式微控制器采用超低功耗器件，由于设置有外置看门狗器件，需要周期性唤醒单片机。经测试在每0.125S唤醒一次时系统功耗为0.044ma3.6V，探头功耗为95ma3.6V，GSM通讯模块功耗为280ma3.6V，配用4节ER341245 锂亚电池供电，可以满足一年的供电需求。
燃气阀井泄漏探测终端采用隔爆设计，防爆等级Exd II BT4，检测传感器安装于井下，对燃气浓度和积水液位进行监测，探测器采用电池和太阳能电池板供电。
燃气阀井泄漏探测终端数量多且分布分散，各个站的情况不尽相同，因此数据传输的最佳方式是无线GPRS，这种方式不受布线条件限制。GPRS传输设备内置SIM卡，通过移动/公司的GPRS服务连接到互联网，当GPRS通讯链路堵塞时可通过短信发送到管网中心短信平台进行预警。
操作员可通过设置不同的查询条件（包括时间、用户、数据范围等）从数据库中获得各种历史数据，也可查询报警记录，获得产生报警的时间和原因，对各种数据进行分析，并可在权限范围内实现局域网内数据共享。
系统可录入每个阀井站点现场所用设备、管径等，以及现场联系人的名字和电话，方便使用。
在监测网络中的仪表，通过设备选择可设定仪表所用的通信协议，数据接受时自动辨别。并可根据用户要求增加通信协议。
系统对所有监测子站能够进行群收群发；根据系统要求，对各采集子站设定不同的采集间隔。
每次工作前对设备自身的工作情况进行自检，如有故障立即报警，避免由于检测设备故障产生错误的检测结果；
电池电量检测功能：电池电量低时会及时报警，提示更换电池,免除设备失效的可能；
燃气泄漏监测终端采用电池供电，在不进行信号采集和数据传送时关闭相应外设供电。嵌入式微控制器采用超低功耗器件，由于设置有外置看门狗器件，需要周期性唤醒单片机。经测试在每0.125S唤醒一次时系统功耗为0.044ma3.6V，探头功耗为95ma3.6V，GSM通讯模块功耗为280ma3.6V，配用4节ER341245 锂亚电池供电，可以满足一年的供电需求。
对照附图2，探头外壳3采用压力自阻式设计方案，将红外探测探头1安装在探头外壳3中，探头距离外壳下端口有约40mm的空腔2，在暴雨天气，如果阀井下面积聚大量水淹没探头，水从空腔下端进入空腔时，此时空腔容积变小，气体密度变大，从而气压增大，当空腔内气压等于外界水的压力的时候水便无法在进入空腔，从而达到阻止水分继续进入空腔损坏红外探头。
探头外壳通过外壁的两个深槽固定在井壁的安装板上，安装板上带水位报警测试装置，当水位超过探头外壳的下端，此时探头外壳下端由于被水封住从而无法监测可燃气体浓度，处理器会发出停止燃气泄漏监测探头工作，同时给监测系统终端发送水位报警信息。
燃气泄漏探头量程为0～5%vol分辨率为1%FSD,除了定性的泄漏探测外还提供精确的燃气浓度值。
Claims (4)
1.燃气阀井泄漏监测终端，其特征是设备异动监测信号输出端与第一I/O端口的信号输入端相接，第一I/O端口的信号输出端与16位RISC核的第一信号输入端相接，安装区域水位信号输出端与水位侦测探头的信号输入端相接，水位侦测探头的信号输出端与第二I/O端口的信号输入端相接，第二I/O端口的信号输出端与16位RISC核的第二信号输入端相接，气体采样传感器的气体信号输出端与红外光谱成分分析仪的温度信号输入端相接，红外光谱成分分析仪的温度信号输出端与信号调理的信号输入端相接，信号调理的信号输出端与第一A/D转换器的信号输入端相接，第一A/D转换器的信号输出端与16位RISC核的第三信号输入端相接，温度监测的温度信号输出端与第二A/D转换器的信号输入端相接，第二A/D转换器的信号输出端与16位RISC核的第四信号输入端相接，16位RISC核的第五信号输入端与时钟电路的信号输出端相接，16位RISC核的第六信号输入端与复位电路的信号输出端相接，16位RISC核的第七信号输入端与电源电路的电源输出端相接，16位RISC核的信号输出端与第三I/O端口的信号输入端相接，第三I/O端口的信号输出端与看门狗电路的信号输入端相接，看门狗电路的信号输出端与复位电路的信号输入端相接，GPRS/GSM通讯模块的信号输出/输入端与通讯端口的第一信号输入/输出端对应相接，通讯端口的第二信号输入/输出端与16位RISC核的第一信号输出/输入端对应相接，16位RISC核的第二信号输出/输入端与RAM/ROM的信号输入/输出端对应相接。
2.根据权利要求1所述的燃气阀井泄漏监测终端，其特征是水位侦测探头包括红外探测探头、空腔、探头外壳，其中红外探测探头安装在探头外壳中，红外探测探头距离探头外壳下端口有40mm的空腔，当空腔内气压等于外界水的压力的时候水便无法在进入空腔，从而达到阻止水分继续进入空腔损坏红外探头。
3.根据权利要求2所述的燃气阀井泄漏监测终端，其特征是探头外壳通过外壁的两个深槽固定在井壁的安装板上，安装板上带水位报警测试装置，当水位超过探头外壳的下端，此时探头外壳下端由于被水封住从而无法监测可燃气体浓度，处理器会发出停止燃气泄漏监测探头工作，同时给监测系统终端发送水位报警信息。
4.根据权利要求1所述的燃气阀井泄漏监测终端，其特征是气体采样传感器的探头量程为0～5%vol分辨率为1%FSD,除了定性的泄漏探测外还提供精确的燃气浓度值。
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