監(jiān)測(cè)埋地金屬管道防腐涂層破損的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種監(jiān)測(cè)埋地金屬管道防腐涂層破損的方法及裝置，埋地金屬管道中接入電流激勵(lì)系統(tǒng)，沿埋地金屬管道設(shè)有磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)，磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)采集土壤磁場(chǎng)信號(hào)，傳遞到監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，監(jiān)控節(jié)點(diǎn)對(duì)磁場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行分析處理。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，通過(guò)磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)埋地金屬管道防腐層破損點(diǎn)進(jìn)行精確高效地監(jiān)測(cè)。磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)平時(shí)處在休眠狀態(tài)，只有當(dāng)工作人員在監(jiān)控節(jié)點(diǎn)處向磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)出采集信息命令后，磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)才從休眠中蘇醒過(guò)來(lái)采集磁場(chǎng)信息。因此該方法與傳統(tǒng)的無(wú)線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)相比大大減少了傳感器節(jié)點(diǎn)的能量消耗，提高了整個(gè)傳感器監(jiān)控系統(tǒng)的壽命。
【專利說(shuō)明】監(jiān)測(cè)埋地金屬管道防腐涂層破損的方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種監(jiān)測(cè)埋地金屬管道防腐層破損的方法及裝置，尤其涉及采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化精確定位檢測(cè)埋地金屬管道防腐層破損的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油化工產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，埋地金屬管道的應(yīng)用越來(lái)越多。因?yàn)槁竦亟饘俟艿琅c土壤長(zhǎng)時(shí)間的接觸，土壤中溶解的各種電解質(zhì)對(duì)管道外表面形成電化學(xué)腐蝕，當(dāng)腐蝕到一定階段管道會(huì)發(fā)生破損，會(huì)發(fā)生泄漏現(xiàn)象，發(fā)生泄漏后不但浪費(fèi)資源而且污染環(huán)境。通過(guò)在埋地金屬管道外側(cè)涂上防腐層可有效防止金屬管道腐蝕的發(fā)生，但是當(dāng)金屬管道外防腐涂層遭到破壞時(shí)埋地金屬管道就會(huì)形成大陰極小陽(yáng)極的腐蝕現(xiàn)象，此時(shí)會(huì)加劇管道的腐蝕。埋地金屬管道一般處于高壓的運(yùn)輸狀態(tài)，因此金屬管道內(nèi)部存在較大的內(nèi)應(yīng)力，金屬表面的內(nèi)應(yīng)力和腐蝕聯(lián)合作用將會(huì)形成應(yīng)力腐蝕從而加速管道的破壞和產(chǎn)生微裂紋。因此預(yù)先找到埋地金屬管道防腐涂層的破裂處對(duì)預(yù)防管道泄漏有重要的意義。
[0003]目前，監(jiān)測(cè)埋地金屬管道防腐涂層破損的方法有很多種，較常見(jiàn)的有如下幾種。交流電流衰減檢測(cè)技術(shù)，它的工作原理是當(dāng)電流施加在金屬管道上時(shí)，根據(jù)電流衰減變化的大小探測(cè)防腐涂層的破損點(diǎn)。皮爾遜檢測(cè)技術(shù)，基本原理是，當(dāng)一個(gè)交流信號(hào)加在金屬管道上，在防腐涂層破損處便會(huì)有電流泄漏入土壤中，這樣在管道破損點(diǎn)與土壤之間會(huì)形成電壓差，且在接近破損點(diǎn)的部位電壓差最大，在管道豎直向上的地面上用儀器檢測(cè)到這種電位的異常變化就可發(fā)現(xiàn)管道防腐層的破損點(diǎn)。密間隔電位檢測(cè)技術(shù)(CIPS)，該方法是連續(xù)測(cè)量管道與地面的電位，在埋地管道防腐層的破損處，由于電流從防腐涂層破損處流向土壤，必然會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電位梯度場(chǎng)，該電位梯度場(chǎng)的形狀和位置將隨防腐層缺陷的大小和管道上所處的位置而變化。該檢測(cè)技術(shù)通過(guò)測(cè)得的電壓圖中電壓梯度的變化來(lái)判斷管道防腐層破損點(diǎn)。直流電壓梯度檢測(cè)技術(shù)(DCVG)，該技術(shù)的檢測(cè)原理是在施加了陰極保護(hù)的埋地管線上，電流經(jīng)過(guò)土壤介質(zhì)流入管道外覆蓋層破損處裸露的鋼管處，在管道防腐層破損處的地面上形成了一個(gè)電壓梯度場(chǎng)，在管道上方測(cè)量電勢(shì)差即可判斷管道防腐層破損點(diǎn)，該方法類似于，皮爾遜檢測(cè)法，但是該方法的測(cè)量靈敏度更高。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01110200971.7，名稱為“埋地金屬管道防腐層破損精確定位檢測(cè)方法和裝置”，公開了利用直流電壓梯度的方法測(cè)量埋地金屬管道防腐層破損檢測(cè)的方法。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中的上述檢測(cè)方法，雖然都可以檢測(cè)埋地金屬管道防腐層的破損，但是需要消耗大量的人力和大量的時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，檢測(cè)成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中埋地金屬管道防腐層的`檢測(cè)技術(shù)的需要耗費(fèi)大量的人力和物力的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種采用傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)埋地金屬管道防腐層的檢測(cè)方法和檢測(cè)
>J-U ρ?α裝直。
[0006]一種采用傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)埋地金屬管道防腐涂層破損的方法，埋地金屬管道中接入電流激勵(lì)系統(tǒng)，沿埋地金屬管道設(shè)有磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)，磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)采集土壤磁場(chǎng)信號(hào)，傳遞到監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，監(jiān)控節(jié)點(diǎn)對(duì)磁場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行分析處理。
[0007]所述的電流激勵(lì)系統(tǒng)利用恒流源通過(guò)電流中斷器周期性地接通或關(guān)斷恒流源給埋地金屬管道提供激勵(lì)信號(hào)，如果管道防腐層有破損，電流將在破損處從管道流入，由于電流會(huì)在周圍空間感應(yīng)出磁場(chǎng)，因此在腐蝕破損處的周圍將會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場(chǎng)信號(hào)。
[0008]沿著金屬管道布置一系列磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)可以監(jiān)測(cè)周圍土壤中的磁場(chǎng)信號(hào)。磁場(chǎng)傳感器節(jié)采集周圍土壤中的磁場(chǎng)信號(hào)后，通過(guò)Zigbee網(wǎng)絡(luò)將采集到的磁場(chǎng)信號(hào)傳遞給相鄰磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)，信息通過(guò)無(wú)線多跳的方式依次傳遞到管線控制站內(nèi)的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，監(jiān)控節(jié)點(diǎn)對(duì)傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后，在顯示器上顯示采集到的磁場(chǎng)信號(hào)，并存儲(chǔ)采集到的磁場(chǎng)信息，以便分析管道防腐層的破損情況。當(dāng)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)采集到的磁場(chǎng)信號(hào)有突變時(shí)便認(rèn)為在該處發(fā)生了管道防腐層的破損，并報(bào)警，提請(qǐng)監(jiān)控人員注意，監(jiān)控人員也可以隨時(shí)調(diào)用某時(shí)間段內(nèi)的磁場(chǎng)監(jiān)控記錄。采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)埋地金屬管道防腐涂層破損監(jiān)測(cè)裝置，由三部分組成，分別為電流激勵(lì)系統(tǒng)、磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)和監(jiān)控節(jié)點(diǎn)組成。下面對(duì)各部分進(jìn)行詳細(xì)介紹。
[0009]電流激勵(lì)系統(tǒng)由埋地管道測(cè)試樁、電流中斷器、開關(guān)、直流電源和接地陽(yáng)極五部分組成。埋地管道測(cè)試樁直接與埋地金屬管道相連，埋地管道測(cè)試樁與電流中斷器相連，開關(guān)將電流中斷器和直流電源相連，直流電源與接地陽(yáng)極相連接。埋地金屬管道通常安裝有陰極保護(hù)裝置。
[0010]磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)由4部分模塊組成，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無(wú)線通信模塊和能量供應(yīng)模塊。在本發(fā)明中這4部分的具體組成是:數(shù)據(jù)采集模塊由磁場(chǎng)傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器組成，數(shù)據(jù)處理模塊由微處理器和存儲(chǔ)器組成，無(wú)線通信模塊由無(wú)線射頻芯片組成，能量供應(yīng)模塊主要由2節(jié)干電池組成。磁場(chǎng)傳感器采集環(huán)境中的磁感應(yīng)強(qiáng)度，首先將采集到的模擬量信號(hào)傳遞到A/D轉(zhuǎn)換器，將采集到的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號(hào)，然后再將數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)轿⑻幚砥鬟M(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和分析并將處理好的信息傳到存儲(chǔ)器中并且將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o(wú)線射頻芯片，無(wú)線射頻芯片接收到數(shù)據(jù)后將接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)Zigbee網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)较噜彽拇艌?chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)，信息依次通過(guò)無(wú)線多跳的線性路由方式傳輸?shù)焦艿辣O(jiān)控站點(diǎn)內(nèi)的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)。
[0011]監(jiān)控節(jié)點(diǎn)由無(wú)線通訊模塊，數(shù)據(jù)處理模塊和顯示器模塊和能量供應(yīng)模塊組成，采用普通家用220V交流電對(duì)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行供電。在某時(shí)刻，工作人員想了解埋地金屬管道防腐層的破損情況時(shí)，監(jiān)控節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線信號(hào)收發(fā)器將采集信息命令發(fā)送給正處于休眠狀態(tài)的磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)，磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)采集周圍的磁場(chǎng)信號(hào)并將信號(hào)發(fā)送給監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，監(jiān)控節(jié)點(diǎn)中的無(wú)線信息收發(fā)器接收到信息后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后將數(shù)據(jù)存放在存儲(chǔ)器中，工作人員可隨時(shí)對(duì)不同時(shí)刻各磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)所采集到的磁場(chǎng)信息進(jìn)行調(diào)用，并可以在顯示器上顯示以前某一時(shí)刻所采集到的各磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)的信息圖，或是顯示某一磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)以往所采集到的磁場(chǎng)信息。通過(guò)顯示某時(shí)刻管道沿線各磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的磁場(chǎng)信息可以判斷某時(shí)刻整個(gè)管道是否有防腐層的破損現(xiàn)象。通過(guò)顯示某一個(gè)磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)以往所采集到的磁場(chǎng)信息可以判斷此處傳感器節(jié)點(diǎn)附近管道防腐層隨時(shí)間的破損情況的變化。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，通過(guò)磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)埋地金屬管道防腐層破損點(diǎn)進(jìn)行精確高效地監(jiān)測(cè)。磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)平時(shí)處在休眠狀態(tài)，只有當(dāng)工作人員在監(jiān)控節(jié)點(diǎn)處向磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)出采集信息命令后，磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)才從休眠中蘇醒過(guò)來(lái)采集磁場(chǎng)信息。因此該方法與傳統(tǒng)的無(wú)線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)相比大大減少了傳感器節(jié)點(diǎn)的能量消耗，提高了整個(gè)傳感器監(jiān)控系統(tǒng)的壽命。傳統(tǒng)的埋地金屬管道防腐層破損監(jiān)測(cè)方法如，交流電流衰減檢測(cè)技術(shù)、皮爾遜檢測(cè)技術(shù)、密間隔電位檢測(cè)技術(shù)(CIPS)、直流電壓梯度檢測(cè)技術(shù)(DCVG)，需要工作人員使用一定的設(shè)備裝置在埋地管道上方的地面上沿著管線采集數(shù)據(jù)，因此這些檢測(cè)方法都需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和人力。而本發(fā)明采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，體現(xiàn)了自動(dòng)化和智能化，節(jié)省了時(shí)間和人力資源的消耗。本監(jiān)控系統(tǒng)采用Zigbee無(wú)線通信協(xié)議。Zigbee技術(shù)是具有成本低、體積小、能量消耗小和傳輸速率低的短距離無(wú)線通信技術(shù)。
[0012]相對(duì)于現(xiàn)有的技術(shù)中的方案，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:1)根據(jù)埋地金屬管道防腐層破損檢測(cè)對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的特點(diǎn)使用人工發(fā)送監(jiān)測(cè)命令對(duì)管道防腐層進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法，提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的壽命。2)與傳統(tǒng)的埋地金屬管道防腐層破損檢測(cè)技術(shù)相比本方法大大提高了監(jiān)測(cè)的效率。短時(shí)間內(nèi)就可完成對(duì)埋地金屬管道防腐層破損點(diǎn)的檢測(cè)。3)本方法利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將管道的防腐層的破損信息自動(dòng)傳輸給控制中心，因此與原有的監(jiān)測(cè)方法相比減少了人力資源的投入。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明監(jiān)測(cè)埋地金屬管道防腐涂層破損裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明實(shí)施例一磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)布置的示意圖。
[0015]圖3為本發(fā)明實(shí)施例二磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)布置的示意圖。
[0016]圖4為本發(fā)明中磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖5為本發(fā)明中監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖6為本發(fā)明埋地金屬管道防腐涂層破損點(diǎn)附近的磁場(chǎng)示意圖。
[0019]圖7為本發(fā)明磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)之間傳遞信息的路由圖。
[0020]圖8為本發(fā)明系統(tǒng)工作流程圖。
[0021]
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0023]【具體實(shí)施方式】一:
圖1為本發(fā)明中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)埋地金屬管道防腐涂層破損的示意圖，如圖1所示本系統(tǒng)由三部分組成分別為電流激勵(lì)系統(tǒng)、磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)5和監(jiān)控節(jié)點(diǎn)6組成。下面分別對(duì)各部分的組成和基本工作過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明。
[0024]如圖1所示，為電流激勵(lì)系統(tǒng)，電流激勵(lì)系統(tǒng)由埋地管道測(cè)試樁7、電流中斷器4、開關(guān)3、直流電源2和接地陽(yáng)極I五部分組成。其中埋地管道測(cè)試樁7、電流中斷器4、開關(guān)3、直流電源2和接地陽(yáng)極I之間依次通過(guò)導(dǎo)線連接起來(lái)，并且埋地管道測(cè)試樁7與埋地管道連接。電流激勵(lì)系統(tǒng)安裝時(shí)先將開關(guān)3斷開，然后將電流中斷器4接入強(qiáng)制電流法陰極保護(hù)系統(tǒng)中，再閉合開關(guān)3,完成電流激勵(lì)系統(tǒng)的安裝。
[0025]如圖4所示，磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)5由數(shù)據(jù)采集模塊13、數(shù)據(jù)處理模塊14、無(wú)線通信模塊15和能量供應(yīng)模塊16組成。磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)的工作過(guò)程是:磁場(chǎng)傳感器8采集環(huán)境中的磁場(chǎng)信號(hào)，首先將采集到的模擬量信號(hào)傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換器9，將采集到的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號(hào)，然后再將數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)組SP430微處理器10進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理并將處理好的信息存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器11并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o(wú)線射頻芯片12，無(wú)線射頻芯片CC2530接收到數(shù)據(jù)后將接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)Zigbee網(wǎng)絡(luò)無(wú)線發(fā)送到相鄰的磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)。能量供應(yīng)模塊16為兩節(jié)干電池提供能量。
[0026]如圖5所示，監(jiān)控節(jié)點(diǎn)6由無(wú)線通訊模塊21，數(shù)據(jù)處理模塊22和顯示器模塊23和能量供應(yīng)模塊24組成，使用普通家用220V交流電對(duì)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行供電。無(wú)線信號(hào)收發(fā)器17可與磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)5進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)的傳輸。無(wú)線信號(hào)收發(fā)器17將接收到信息傳輸給處理器18。處理器18將接收到的數(shù)據(jù)處理后發(fā)送到存儲(chǔ)器20進(jìn)行存儲(chǔ)。當(dāng)需要調(diào)用以往采集到的數(shù)據(jù)對(duì)管道防腐層破損情況進(jìn)行分析時(shí)，相關(guān)數(shù)據(jù)將以圖像或圖表的形式在顯示器19上顯示。
[0027]圖8所示為系統(tǒng)的工作流程:當(dāng)工作人員想了解埋地金屬管道防腐層的破損情況時(shí)，工作人員先將強(qiáng)制電流法陰極保護(hù)的開關(guān)3斷開，并在其電路系統(tǒng)中接入電流中斷器4，電流中斷器以I秒為周期進(jìn)行通斷轉(zhuǎn)換，其中斷電2/3秒，通電1/3秒。接入電流中斷器4后，再閉合開關(guān)3，電流激勵(lì)系統(tǒng)安裝完成。此時(shí)金屬管道沿線防腐層有破損點(diǎn)時(shí)，土壤中將會(huì)有電流流入此破損點(diǎn)。
[0028]如圖6所示為埋地金屬管道防腐涂層破損點(diǎn)附近的磁場(chǎng)示意圖。由于金屬管道中有電流通過(guò)，因此在管道周圍空間會(huì)感應(yīng)出磁場(chǎng)。當(dāng)有電流在土壤中通過(guò)防腐層破損點(diǎn)流入金屬管道時(shí)，在土壤中的這部分電流也會(huì)在空間中感應(yīng)出相應(yīng)的磁場(chǎng)，這部分磁場(chǎng)與原有磁場(chǎng)相疊加，兩磁場(chǎng)可能在區(qū)域I兩相互抵消，而在區(qū)域2相互疊加。因此當(dāng)磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到磁場(chǎng)信號(hào)增強(qiáng)或減弱時(shí)，都可能是管道防腐層發(fā)生了破損。
[0029]如上步所述當(dāng)電流激勵(lì)系統(tǒng)安裝完成后，工作人員點(diǎn)擊監(jiān)控節(jié)點(diǎn)6的顯示器19上的采集信息按鈕后，無(wú)線信號(hào)收發(fā)器17將采集信息命令發(fā)送給正處于休眠狀態(tài)的磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)5。
[0030]在如圖7中圓圈η表示監(jiān)控節(jié)點(diǎn)6，以下簡(jiǎn)稱節(jié)點(diǎn)n，圓圈1、2、3、4.....η_3、η_2、
η-1分別表示在管道沿線依次編號(hào)的磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)5，以下簡(jiǎn)稱節(jié)點(diǎn)1、2、3、4.....η_3、η-2、η-1，帶箭頭的曲線表示傳遞的信息，曲線上的字母表示由哪個(gè)節(jié)點(diǎn)所采集到的信息，箭頭方向表示信息的傳遞方向。節(jié)點(diǎn)η先將采集信息命令發(fā)送給相鄰的處在休眠狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)η-l,節(jié)點(diǎn)n-Ι收到命令后從休眠狀態(tài)中蘇醒過(guò)來(lái),命令依次傳遞下去,一直傳遞到I節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)也依次從睡眠中蘇醒。節(jié)點(diǎn)I首先采集環(huán)境中的磁場(chǎng)信號(hào)，并將信號(hào)傳遞給節(jié)點(diǎn)2，信息依次傳遞到節(jié)點(diǎn)η。節(jié)點(diǎn)2接收到節(jié)點(diǎn)I采集到的信號(hào)后經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)間周期后也將采集環(huán)境中的磁場(chǎng)信號(hào)，并將信息發(fā)送到節(jié)點(diǎn)3，并且信息將依次發(fā)送到節(jié)點(diǎn)η。依次類推，當(dāng)某節(jié)點(diǎn)接收到前一節(jié)點(diǎn)所采集的磁場(chǎng)信號(hào)后，該節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)間周期也將采集周圍環(huán)境中的磁場(chǎng)信號(hào)，并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給下一節(jié)點(diǎn)，并依次傳遞到η節(jié)點(diǎn)。如上所述直到η-l節(jié)點(diǎn)采集磁場(chǎng)數(shù)據(jù)并發(fā)送給節(jié)點(diǎn)η。一個(gè)磁場(chǎng)信號(hào)采集過(guò)程就這樣完成了。
[0031]監(jiān)控節(jié)點(diǎn)中的無(wú)線信息收發(fā)器接收到信息后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后將數(shù)據(jù)存放在存儲(chǔ)器中，工作人員可隨時(shí)對(duì)不同時(shí)刻各磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)所采集到的磁場(chǎng)信息進(jìn)行調(diào)用，并可以在顯示器上顯示以前某一時(shí)刻所采集到的各磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)的信息圖，或是顯示某一磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)以往所采集到的磁場(chǎng)信息。通過(guò)顯示某時(shí)刻管道沿線各磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的磁場(chǎng)信息可以判斷某時(shí)刻整個(gè)管道是否有防腐層的破損現(xiàn)象。通過(guò)顯示某一個(gè)磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)以往所采集到的磁場(chǎng)信息可以判斷此處傳感器節(jié)點(diǎn)附近管道防腐層隨時(shí)間的破損情況的變化。當(dāng)某處磁場(chǎng)信號(hào)有異常情況時(shí)，通過(guò)判斷此處磁場(chǎng)是由哪個(gè)磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)采集的信號(hào)后便可根據(jù)此磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)的編號(hào)來(lái)精確定位管道防腐層破損點(diǎn)。
[0032]如圖2所示，當(dāng)埋地管道鋪設(shè)較淺時(shí)，磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)5布置在管道正上方的地表上。
[0033]【具體實(shí)施方式】二:
圖1為本發(fā)明中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)埋地金屬管道防腐涂層破損的示意圖，如圖1所示本系統(tǒng)由三部分組成分別為電流激勵(lì)系統(tǒng)、磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)5和監(jiān)控節(jié)點(diǎn)6組成。下面分別對(duì)各部分的組成和基本工作過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明。
[0034]如圖1所示，為電流激勵(lì)系統(tǒng)，電流激勵(lì)系統(tǒng)由埋地管道測(cè)試樁7、電流中斷器4、開關(guān)3、直流電源2和接地陽(yáng)極I五部分組成。其中埋地管道測(cè)試樁7、電流中斷器4、開關(guān)
3、直流電源2和接地陽(yáng)極I之間依次通過(guò)導(dǎo)線連接起來(lái)，并且埋地管道測(cè)試樁7與埋地管道連接。電流激勵(lì)系統(tǒng)安裝時(shí)先將開關(guān)3斷開，然后將電流中斷器4接入強(qiáng)制電流法陰極保護(hù)系統(tǒng)中，再閉合開關(guān)3,完成電流激勵(lì)系統(tǒng)的安裝。
[0035]如圖4所示，磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)5由數(shù)據(jù)采集模塊13、數(shù)據(jù)處理模塊14、無(wú)線通信模塊15和能量供應(yīng)模塊16組成。磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)的工作過(guò)程是:磁場(chǎng)傳感器8以一定的采樣周期采集環(huán)境中的磁場(chǎng)信號(hào)，首先將采集到的模擬量信號(hào)傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換器9，將采集到的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號(hào)，然后再將數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)組SP430微處理器10進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理并將處理好的信息存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器11并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o(wú)線射頻芯片12，無(wú)線射頻芯片CC2530接收到數(shù)據(jù)后將接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)Zigbee網(wǎng)絡(luò)無(wú)線發(fā)送到相鄰的磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)。能量供應(yīng)模塊16為兩節(jié)干電池提供能量。
[0036]如圖5所示，監(jiān)控節(jié)點(diǎn)6由無(wú)線通訊模塊21，數(shù)據(jù)處理模塊22和顯示器模塊23和能量供應(yīng)模塊24組成，使用普通家用220V交流電對(duì)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行供電。無(wú)線信號(hào)收發(fā)器17可與磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)5進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)的傳輸。無(wú)線信號(hào)收發(fā)器17將接收到信息傳輸給處理器18。處理器18將接收到的數(shù)據(jù)處理后發(fā)送到存儲(chǔ)器20進(jìn)行存儲(chǔ)。當(dāng)需要調(diào)用以往采集到的數(shù)據(jù)對(duì)管道防腐層破損情況進(jìn)行分析時(shí)，相關(guān)數(shù)據(jù)將以圖像或圖表的形式在顯示器19上顯示。
[0037]圖8所示為系統(tǒng)的工作流程:當(dāng)工作人員想了解埋地金屬管道防腐層的破損情況時(shí)，工作人員先將強(qiáng)制電流法陰極保護(hù)的開關(guān)3斷開，并在其電路系統(tǒng)中接入電流中斷器4，電流中斷器以I秒為周期進(jìn)行通斷轉(zhuǎn)換，其中斷電2/3秒，通電1/3秒。接入電流中斷器4后，再閉合開關(guān)3，電流激勵(lì)系統(tǒng)安裝完成。此時(shí)金屬管道沿線防腐層有破損點(diǎn)時(shí)，土壤中將會(huì)有電流流入此破損點(diǎn)。
[0038]如圖6所示為埋地金屬管道防腐涂層破損點(diǎn)附近的磁場(chǎng)示意圖。由于金屬管道中有電流通過(guò)，因此在管道周圍空間會(huì)感應(yīng)出磁場(chǎng)。當(dāng)有電流在土壤中通過(guò)防腐層破損點(diǎn)流入金屬管道時(shí)，在土壤中的這部分電流也會(huì)在空間中感應(yīng)出相應(yīng)的磁場(chǎng)，這部分磁場(chǎng)與原有磁場(chǎng)相疊加，兩磁場(chǎng)可能在區(qū)域I兩相互抵消，而在區(qū)域2相互疊加。因此當(dāng)磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到磁場(chǎng)信號(hào)增強(qiáng)或減弱時(shí)，都可能是管道防腐層發(fā)生了破損。
[0039]如上步所述當(dāng)電流激勵(lì)系統(tǒng)安裝完成后，工作人員點(diǎn)擊監(jiān)控節(jié)點(diǎn)6的顯示器19上的采集信息按鈕后，無(wú)線信號(hào)收發(fā)器17將采集信息命令發(fā)送給正處于休眠狀態(tài)的磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)5。
[0040]在如圖7中圓圈η表示監(jiān)控節(jié)點(diǎn)6，以下簡(jiǎn)稱節(jié)點(diǎn)n，圓圈1、2、3、4.....η_3、η_2、
η-l分別表示在管道沿線依次編號(hào)的磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)5，以下簡(jiǎn)稱節(jié)點(diǎn)1、2、3、4.....η_3、η-2、η-1，帶箭頭的曲線表示傳遞的信息，曲線上的字母表示由哪個(gè)節(jié)點(diǎn)所采集到的信息，箭頭方向表示信息的傳遞方向。節(jié)點(diǎn)η先將采集信息命令發(fā)送給相鄰的處在休眠狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)η-l,節(jié)點(diǎn)η-l收到命令后從休眠狀態(tài)中蘇醒過(guò)來(lái),命令依次傳遞下去,一直傳遞到I節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)也依次從睡眠中蘇醒。節(jié)點(diǎn)I首先采集環(huán)境中的磁場(chǎng)信號(hào)，并將信號(hào)傳遞給節(jié)點(diǎn)2，信息依次傳遞到節(jié)點(diǎn)η。節(jié)點(diǎn)2接收到節(jié)點(diǎn)I采集到的信號(hào)后經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)間周期后也將采集環(huán)境中的磁場(chǎng)信號(hào)，并將信息發(fā)送到節(jié)點(diǎn)3，并且信息將依次發(fā)送到節(jié)點(diǎn)η。依次類推，當(dāng)某節(jié)點(diǎn)接收到前一節(jié)點(diǎn)所采集的磁場(chǎng)信號(hào)后，該節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)間周期也將采集周圍環(huán)境中的磁場(chǎng)信號(hào)，并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給下一節(jié)點(diǎn)，并依次傳遞到η節(jié)點(diǎn)。如上所述直到η-l節(jié)點(diǎn)采集磁場(chǎng)數(shù)據(jù)并發(fā)送給節(jié)點(diǎn)η。一個(gè)磁場(chǎng)信號(hào)采集過(guò)程就這樣完成了。
[0041]監(jiān)控節(jié)點(diǎn)中的無(wú)線信息收發(fā)器接收到信息后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后將數(shù)據(jù)存放在存儲(chǔ)器中，工作人員可隨時(shí)對(duì)不同時(shí)刻各磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)所采集到的磁場(chǎng)信息進(jìn)行調(diào)用，并可以在顯示器上顯示以前某一時(shí)刻所采集到的各磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)的信息圖，或是顯示某一磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)以往所采集到的磁場(chǎng)信息。通過(guò)顯示某時(shí)刻管道沿線各磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的磁場(chǎng)信息可以判斷某時(shí)刻整個(gè)管道是否有防腐層的破損現(xiàn)象。通過(guò)顯示某一個(gè)磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)以往所采集到的磁場(chǎng)信息可以判斷此處傳感器節(jié)點(diǎn)附近管道防腐層隨時(shí)間的破損情況的變化。當(dāng)某處磁場(chǎng)信號(hào)有異常情況時(shí)，通過(guò)判斷此處磁場(chǎng)是由哪個(gè)磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)采集的信號(hào)后便可根據(jù)此磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)的編號(hào)來(lái)精確定位管道防腐層破損點(diǎn)。
[0042]如圖3所示，當(dāng)埋地管道鋪設(shè)較深時(shí)，磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)5中用于收發(fā)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)收發(fā)模塊15布置在地表面，磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)5的其余部分布置在埋地管線附近以利于接收到磁場(chǎng)信息，數(shù)據(jù)處理模塊14與數(shù)據(jù)發(fā)送模塊15通過(guò)長(zhǎng)的數(shù)據(jù)線連接起來(lái)。
【權(quán)利要求】
1.監(jiān)測(cè)埋地金屬管道防腐涂層破損的方法，其特征在于:埋地金屬管道中接入電流激勵(lì)系統(tǒng)，沿埋地金屬管道設(shè)有磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)，磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)采集土壤磁場(chǎng)信號(hào)，傳遞到監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，監(jiān)控節(jié)點(diǎn)對(duì)磁場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行分析處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)埋地金屬管道防腐涂層破損的方法，其特征在于:所述電流激勵(lì)系統(tǒng)為利用恒流源通過(guò)電流中斷器周期性地接通或關(guān)斷恒流源給埋地金屬管道提供激勵(lì)信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的監(jiān)測(cè)埋地金屬管道防腐涂層破損的方法，其特征在于:管道防腐層有破損，電流將在破損處從管道流入，由于電流會(huì)在周圍空間感應(yīng)出磁場(chǎng)，在腐蝕破損處的周圍將會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場(chǎng)信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)埋地金屬管道防腐涂層破損的方法，其特征在于:磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的磁場(chǎng)信息根據(jù)Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，傳遞到相鄰的磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)，信息通過(guò)無(wú)線多跳的方式依次傳遞到管線的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，監(jiān)控節(jié)點(diǎn)通過(guò)分析所采集到磁場(chǎng)信號(hào)的變化情況來(lái)判斷金屬管道防腐層是否發(fā)生泄漏及泄漏點(diǎn)的精確位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的監(jiān)測(cè)埋地金屬管道防腐涂層破損的方法，其特征在于:所述的磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)，其根據(jù)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的采集磁場(chǎng)信息的命令進(jìn)入工作狀態(tài)。
6.監(jiān)測(cè)埋地金屬管道防腐涂層破損的裝置，其特征在于:所述監(jiān)測(cè)裝置由電流激勵(lì)系統(tǒng)、磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)和監(jiān)控節(jié)點(diǎn)組成，所述的電流激勵(lì)系統(tǒng)為監(jiān)測(cè)裝置提供信號(hào)，磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)采集并傳遞上述信號(hào)，監(jiān)控節(jié)點(diǎn)接收并分析上述信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的監(jiān)測(cè)埋地金屬管道防腐涂層破損的裝置，其特征在于:所述電流激勵(lì)系統(tǒng)由埋地管道測(cè)試樁、電流中斷器、開關(guān)、直流電源和接地陽(yáng)極組成，其中埋地管道測(cè)試樁直接與埋地金屬管道相連，埋地管道測(cè)試樁與電流中斷器相連，開關(guān)將電流中斷器和直流電源相連，直流電源與接地陽(yáng)極相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的監(jiān)測(cè)埋地金屬管道防腐涂層破損的裝置，其特征在于:所述磁場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無(wú)線通信模塊和能量供應(yīng)模塊組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的監(jiān)測(cè)埋地金屬管道防腐涂層破損的裝置，其特征在于:所述監(jiān)控節(jié)點(diǎn)由無(wú)線通訊模塊，數(shù)據(jù)處理模塊和顯示器模塊和能量供應(yīng)模塊組成。
【文檔編號(hào)】G01N27/82GK103592363SQ201310067752
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月4日
【發(fā)明者】丁建寧, 袁寧一, 顧敏敏 申請(qǐng)人:常州大學(xué)