專利名稱：基于gprs的函箱敷設天然氣管道泄漏報警裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種天然氣管道泄漏報警裝置，尤其是敷設在函箱內的天 然氣管道的泄漏報警裝置。
背景技術：
隨著西氣東輸工程的建設和順利投產，浙江、江蘇和上海等經濟發達地區 開始了大規模的天然氣長輸管道的建設。由于長三角水系發達，經濟活躍，高 等級公路、鐵路密布，各種類型河流分布很廣，在管道建設中，經常采用頂管 施工工藝穿越公路、鐵路和河流，即先頂進水泥套管，然后將天然氣管道沿套 管形成的涵洞中穿進。為了保證天然氣管道能夠順利穿越，套管直徑為天然氣 管道的1.5-2倍，管道就位后，水泥套管兩端封閉，從而在套管和天然氣管道間 形成了一定的空間。由于腐蝕、地基沉降、施工等因素，可能導致套管天然氣 管道泄漏，泄漏的天然氣在密閉空間內積聚， 一旦泄漏的天然氣濃度達到爆炸 極限，遇到明火就會產生爆炸事故，導致天然氣供氣中斷，所穿越的公路、鐵 路交通中斷，造成重大的社會損失和經濟損失。
在運行過程中，由于頂管處封閉，巡線工人很難對頂管處的泄漏進行檢測。 目前對于天然氣管道的監控主要是測定管道的壓力、溫度等運行參數，通過光 纖通信、微波通信、專線通信或衛星通信將測量數據傳送至中央集控室，經過 數據分析確定管道有無泄漏并進一步判斷泄漏發生的位置。上述通信設施的建 設投入大，維護和運行也比較復雜，同時通信工程的建設還受到地形地貌、大 型建筑物、交通設施以及信號傳送頻率的影響。 技術內容
本實用新型的目的在于提供一種天然氣管道頂管穿越涵箱部位的監測報警裝置，該報警裝置應具有可自動測定涵箱部位的天然氣濃度、全天候監測、及 時報警的特點，并可減少管道巡線的工作量
本實用新型提供的技術方案是基于GPRS的函箱敷設天然氣管道泄漏報 警裝置，其特征在于該裝置包括設置在函箱內的天然氣爆管檢測箱、設置在中 央集控室的信息接收裝置以及個人信息接收裝置，所述的天然氣爆管檢測箱內
安裝有電源系統l、電源監測系統2、天然氣濃度監測單元3、 A/D轉換器、數
據處理模塊5和信息發送裝置6;天然氣濃度監測單元中的可燃氣體傳感器放置 在檢測箱外部，以直接監測函箱內腔空氣中的天然氣濃度變化；所述的天然氣
濃度監測單元和電源監測系統將測得的天然氣濃度和電源電量的電信號經A/D 轉換器轉換成數字信號，傳遞給數據處理模塊進行判斷； 一旦達到設定報警值， 即通過信息發送裝置發送短信，經GPRS網絡7，傳送到中央集控室的接收裝置 8和個人信息接收裝置9。
所述的數據處理模塊的針腳112與天然氣濃度監測單元的信號輸出端相接， 數據處理模塊的針腳26及針腳25分別通過串口線與信息發送裝置的針腳42和 針腳40接通，以便在天然氣濃度達到或超過設定標準時發出報警信號。
所述的數據處理模塊的針腳110與電源監測系統的信號輸出端相接，數據 處理模塊的針腳26及針腳25分別通過串口線與信息發送裝置的針腳42和針腳 40接通，以便在電源電量低于設定標準時發出報警信號。
本實用新型的工作原理是電源監測系統2、天然氣濃度監測單元3測得的 天然氣濃度和電源電量的電信號經A/D轉換器轉換成數字信號，傳遞給數據處 理模塊5，數據處理模塊對天然氣濃度和電源電量進行判斷， 一旦達到設定報警 值，通過信息發送裝置6發送短信，經GPRS網絡7，傳送到中央集控室信息接 收裝置8和個人信息接收裝置9。中央集控室工作人員以及天然氣管線巡線人員接收到報警信息，即可對管線泄漏進行搶修或更換檢測裝置電源，當電源監測 系統、天然氣濃度監測單元測得的天然氣濃度和電源電量恢復正常后，取消報塾。
本實用新型的有益效果是，天然氣爆管檢測箱中天然氣濃度監測單元由于 設置在函箱內，天然氣濃度監測單元中的可燃氣體傳感器能夠在第一時間檢測 到函箱內腔空氣中的天然氣濃度的變化，具有檢測準確、報警及時的效果；同 時采用公用移動信息網傳輸報警信息，不用單獨設定報警系統，反應及時，錯 報、漏報率低；而且在中央集控室即可接收管道運行報告，減少了管道巡線的 工作量，特別適用在某些天然氣管道所穿越的正常巡線難以檢査的管道部位。 另外，采用低功耗的可燃氣體傳感器、低功耗且性能穩定的低電壓DSP處理器 及成熟的GPRS數據發送模塊，正常時以近乎待機的方式僅分析數據，放棄大 量無效數據的發送，使系統功耗降到最低；檢測到泄漏時按設置條件加快發送 頻率，使得管理人員能夠迅速采取有效措施。此種方式摒棄了常用的大功率常 備電源連續發送數據的監測設計思路，使用一塊小容量工業蓄電池可保證系統 穩定工作三個月以上，系統的獨立性有了大幅度提高。
圖1是為本實用新型的電路模塊連接關系示意圖。 圖2是本實用新型的數據處理模塊示意圖。 圖3是本實用新型的電源系統及電源檢測系統模塊示意圖。 圖4是本實用新型的數據發送模塊示意圖。 圖5是本實用新型的存儲器模塊示意圖。 圖6是本實用新型的SIM卡座模塊示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖作進一步說明
(1) 電源系統，采用6V電池供電，由于主控制器DSP (數據處理模塊) 采用3.3V供電，信息發送單元SIM300采用4V供電，JTAG調試接口采用5V 供電，因此系統通過LDO器件(穩壓器)MIC29302和TPS7333Q將6V輸入分 別轉換為5V、 4V和3.3V輸出。
(2) 電源檢測系統2，通過檢測電壓監控電源系統1;電源監測系統測得 的電信號經A/D轉換器轉換為數字信號，報數據處理模塊5分析，正常運行狀 態下通過信息發送裝置6每天發送一次運行報告至中央集控室信息接收裝置8 和個人信息接收裝置9;電源系統1電量低則發送報警信息，電量低于30%每周 發送一次報警信息，，電量低于10%每天發送一次報警信息，電量低于5%每六 小時發送一次報警信息；
(3) 天然氣濃度監測單元，采用低功耗催化燃燒可燃氣體傳感器；傳感器 測得的天然氣濃度信號為毫伏信號(5000ppm濃度甲烷對應18mv)，經A/D轉 換器轉換為數字信號，報數據處理模塊5分析；正常運行狀態下通過信息發送 裝置6每天發送一次運行報告至中央集控室信息接收裝置8和個人信息接收裝 置9。天然氣管道出現泄漏，根據泄漏的天然氣濃度分為三級報警，三級報警
(1000ppm， 20%LEL)每小時發送一次，二級報警(3000ppm， 60%LEL)信 息十分鐘發送一次， 一級報警(>3000ppm)信息每分鐘發送一次。
(4) 數據處理模塊(主控制器，型號為TMS320LF2407)， 16位定點DSP; 它除了具有DSP的基本功能，還具有極低的功耗、強大的處理能力、豐富的片 上外圍模塊、方便高效的開發方式。
(5) A/D轉換器，主控制器TMS320LF2407自帶A/D轉換功能，可直接對
采集的信號進行模數轉換。(6) 信息發送裝置6 (數據發送模塊；型號為SIM300)。
(7) 報警短信信息通過信息發送裝置6由GPRS網絡7發送中央集控室信 息接收裝置8和檢修人員的個人信息接收裝置9 (一般是手機)，檢修人員即可 對電源系統1進行更換或對天然氣管道泄漏點進行檢查搶修。搶修后，電源監 測系統2、天然氣濃度監測單元3測得的電源電壓和天然氣濃度信號經A/D轉 換器轉換為數字信號，報數據處理模塊5分析，連續十五分鐘正常，取消報警。
2、數據采集、分析和發送流說明
當天然氣管道出現燃氣泄露時，通過可燃氣體傳感器監視周圍空氣中可燃 氣體濃度在爆炸下限中從0~100%的范圍內的變化，利用催化原理，將燃氣濃度 轉化為微弱電信號，再經過相應的驅動放大電路，轉換為滿足A/D采樣輸入范 圍的電壓信號，送入主控制器的ADC采樣通道(PIN112;即針腳112，以下同)， 主控器內置10位ADC轉換器，通過A/D轉換，將燃氣濃度轉換為相應的數字 信號，再對燃氣濃度采樣結果進行分析處理。電路系統(以下簡稱系統)正常 情況下，短信息每日發送一次，對燃氣濃度的采樣間隔為慢速采樣模式，默認5 分鐘采樣1組數據，其他時間系統自動轉入省電模式。當達到燃氣濃度三級報 警(500 1000ppm， 20%LEL)后，系統轉入快速采樣模式，默認為1分鐘采樣 1組數據，報警信息每小時發送一次；當達到燃氣濃度二級報警 (1000~3000ppm,60%LEL)后，信息每十分鐘發送一次；當達到燃氣濃度一級 報警(>3000ppm)信息每分鐘發送一次。
電源系統為6V蓄電池供電，電池電量的電信號通過電壓驅動電路，轉換為 滿足A/D采樣輸入范圍的電壓信號，送入主控制器的ADC采樣通道(PINllO)， 主控制器內置IO位ADC轉換器，通過A/D轉換，將電池電量信號轉換為相應 的數字信號，再對采樣結果進行分析處理。電量正常情況，短信息每日發送一次，當檢測到電量低于30%，系統進入電池電量二級告警，每日增加一次短信
息發送時間；如果電量低于10%，系統進入電池電量一級告警，每小時發送一 次短信息。
經巡檢人員搶修后，系統連續測試時間默認值15分鐘，如果正常，系統取 消報警。
數據發送模塊采用GSM/GPRS無線數傳模塊(型號為SIM300);系統上電 后，即可自動登錄到GSM/GPRS網絡。主控制器的PIN26及PIN25分別通過串 口線與無線數傳模塊PIN42和PIN40接通，相互之間的通信采用了業界通用的 AT命令集進行交互，串口速率可以設置。SIM300是支持GSM/GPRS 900/1800/1900 MHz三頻的低功耗無線數傳模塊，設置有專門的SIM卡接口， 其PIN 21、 PIN 23、 PIN 25及PIN 27分別接通SIM卡座的接線端SIM-IO、 SIM-CLK、SIM-RST和SIM-PRE，可以支持3.3V和1.8V兩種規格G網SIM卡。 此外，SIM300與SIM卡接口的信號線串接有源端阻抗匹配，即R42、 R43、 R44 和R45，并且帶有ESD (靜電放電)保護器件SMF05C，可以防止靜電損壞SIM 卡接口。
系統報警的默認參數設置在EEPROM器件(存儲器；型號X5323)的相應 位置，除X5323CS (PIN1)之外，存儲器的SPISIMO (PIN 5)、 SPISOMI (PIN 2)和SPICLK (PIN 6)和分別接通主控制器的PIN30、 PIN 32和PIN 35，主控 制器可以對EEPROM中的默認參數設置進行電修改，系統即可以通過ISP燒錄 接口 CON1對默認參數進行燒錄，也可以通過特定手機號碼的短信形式對默認 參數進行遠程更改。
報警短信息的發送內容包含報警時間DA、報警地址ID、報警時燃氣濃度 AI、報警時剩余電池電量V。系統中帶有時鐘芯片X1226,該芯片接通主控制器的PIN38和PIN88，進而獲取報警的實時時鐘。
系統設計有蜂鳴器報警裝置，當出現報警信息時，主控制器通過PIN52發出 一定頻率的脈沖，使得蜂鳴器發出報警信息，其中的三極管起到功率放大器的 作用。
系統設計有三個LED狀態指示燈，即D17、 D18和D19。主控制器分別通過 PIN47、 PIN44及PIN40接通指示燈電路(常規電路，予以省略)，對系統的工 作狀態、待機狀態和報警狀態進行指示。
系統采用6V電池供電，通過LDO器件(低壓差穩壓器)Wl、 W2和W3
分別為系統提供5V、 4V和3.3V。為了監視系統中的各個電源是否正常，設計
有三個LED指示燈，分別指示系統3.3V、 4V和5V的工作狀態(指示燈電路是
常規電路，予以省略)。
此外，系統還留有LCD接口和鍵盤接口，主控制器可以利用其豐富的GPIO
資源進行功能擴展。
以上所述的全部電器及電子元器件均可外購。
權利要求1、基于GPRS的函箱敷設天然氣管道泄漏報警裝置，其特征在于該裝置包括設置在函箱內的天然氣爆管檢測箱、信息發送裝置(6)、設置在中央集控室的信息接收裝置(8)以及個人信息接收裝置(9)，所述的天然氣爆管檢測箱內安裝有電源系統(1)、電源監測系統(2)、天然氣濃度監測單元(3)、A/D轉換器、數據處理模塊(5)和信息發送裝置(6)；天然氣濃度監測單元中的可燃氣體傳感器放置在檢測箱外部，以直接監測函箱內腔空氣中的天然氣濃度變化；所述的天然氣濃度監測單元和電源監測系統將測得的天然氣濃度和電源電量的電信號經A/D轉換器轉換成數字信號，傳遞給數據處理模塊(5)進行判斷；一旦達到設定報警值，即通過信息發送裝置(6)發送短信，經GPRS網絡(7)，傳送到中央集控室的接收裝置(8)和個人信息接收裝置(9)。
2、 根據權利要求1所述的基于GPRS的函箱敷設天然氣管道泄漏報警裝置， 其特征在于所述的數據處理模塊的針腳(112)與天然氣濃度監測單元的信號輸 出端相接，數據處理模塊的針腳(26)及針腳(25)分別通過串口線與信息發 送裝置的針腳(42)和針腳(40)接通，以便在天然氣濃度達到或超過設定標 準時發出報警信號。
3、 根據權利要求1所述的基于GPRS的函箱敷設天然氣管道泄漏報警裝置， 其特征在于所述的數據處理模塊的針腳(110)與電源監測系統的信號輸出端相 接，數據處理模塊的針腳(26)及針腳(25)分別通過串口線與信息發送裝置 的針腳(42)和針腳(40)接通，以便在電源電量低于設定標準時發出報警信 號。
專利摘要本實用新型涉及一種敷設在函箱內的天然氣管道的泄漏報警裝置。目的在于該裝置具有可自動測定涵箱部位的天然氣濃度、全天候監測、及時報警的特點。技術方案是基于GPRS的函箱敷設天然氣管道泄漏報警裝置，包括設置在函箱內的天然氣爆管檢測箱、設置在中央集控室的信息接收裝置以及個人信息接收裝置，天然氣爆管檢測箱內安裝有電源系統、電源監測系統、天然氣濃度監測單元、A/D轉換器、數據處理模塊和信息發送裝置；天然氣濃度監測單元和電源監測系統將測得的天然氣濃度和電源電量的電信號經A/D轉換器轉換成數字信號，傳遞給數據處理模塊進行判斷；一旦達到設定報警值，即通過信息發送裝置發送短信，經GPRS網絡傳送到信息接收裝置。
文檔編號F17D5/06GK201310756SQ20082016879
公開日2009年9月16日 申請日期2008年11月25日 優先權日2008年11月25日
發明者楊曉明, 平 石, 郭偉燦, 錢濟人, 陳廣仁 申請人:浙江省特種設備檢驗研究院;浙江省天然氣開發有限公司