埋地式蒸汽管道泄漏检测系统硬件设计
本文主要介绍了埋地式蒸汽管道泄漏检测系统硬件部分的设计。所选取的传感器是次声波传感器。硬件部分包括放大电路模块，低通滤波电路模块，数据采集模块。采集的信号需要经过处理才能传输到软件部分。软件部分采用Labview软件，运用虚拟仪器技术设计出一套软件系统，并通过相关分析法处理采集到的信号，最终得到泄漏点的具体位置。本设计主要应用于对泄漏的蒸汽管道进行泄漏点的精确定位，并能在上位机上显示出具体位置。可以应用于现在的很多管道泄漏的定位上，成本低，速度快，具有很高的推广价值。关键词 次声波，蒸汽管道，泄漏
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究意义 3
2 研究方法 3
2.1 检测方法 3
2.2管道泄漏声波检测的工作原理 4
3 硬件设计 7
3.1 管道泄漏声波的检测原理 7
3.2 电容式声波传感器 8
3.3 放大电路 9
3.4 低通滤波电路 11
3.5 数据采集卡 NImyDAQ 13
3.4 电源模块 15
4 硬件调试与仿真 15
4.1 放大模块调试 16
4.2 滤波模块调试 17
4.3 总硬件系统调试 18
结 论 24
致 谢 25
参考文献 26
附录1 软件页面截图 28
附录2 总硬件电路图 29
附录3 总硬件实物图 30
1 绪论
1.1 研究背景
在世界五大运输体系中，管道运输占了很大一部分比重，世界上一切的天然气，80%的原油都是经过管道运输事先的。比较于其它运输模式，管道运输的优劣在于其运输量大，且便于自动化管理；建设成本较低，时间较短；建成后对于周围土地几乎没有影响，对于原有的生态环境破坏量小；管道运输的安全性是最高的，而且运输损耗也是最低的。
综上，管道运输不但具有安全性足够高，而且成本很低廉，适合大多数运输，是很多种情况的选择。而在实际建造过程中，由于管道壁会被气体腐蚀，管壁会被逐渐破坏，进而造成管道 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
泄漏，最终导致巨大的损失。表现为“浴缸效应”，它表明了管道泄漏产生的通常时间,如图1所示。
图1 事故率的一般规律
从中我们可以看出管道泄漏的高发时间一般都是在管道建成的早期和晚期，所以这些时期是我们需要注意的时间段。
蒸汽管道泄漏检测是需要一定的技术能力的。管道安全也是我们必须要对之负责。在管道运输发展的这些年来，由于技术和资金原因，也有管道处在不易检测到的地底的原因，所以初期的检测完全依靠人力不间断的来回巡回检查，一旦发生泄漏，再到找到泄漏点，所花费的时间精力都是很多的，并不能很快的检查到泄漏点。所以看来，设计一套实时监测管道泄漏的系统是很必要的。
小于20Hz的声波信号，我们一般把它称为次声波，所以不容易衰减，也不易被水和空气排汇，所以可以传播的很远。而次声波的波长很长，因此传播时不受障碍物影响并且能够发生衍射。甚至有些次声波可以绕地球好几圈。而然有些频率的次声波因为和人体的某些器官的震动频率相近。会和人体器官发生共振，会对人体造成伤害。
自然界各种天然灾害，比如海暴，火山喷发，陨石，海啸，闪电，波涛击岸，水中产生的漩涡，甚至极光，磁暴，地震等都伴随着次声波的迸发，本设计中针对的蒸汽管道泄漏也能产生次声波。
2010年7月16日，大连的两条石油管道爆炸。15个小时的火灾导致了大量经济损失和人员伤亡。同时也对当地的生态环境造成了破坏。
2011年，石油输油管道漏油尽管只泄漏了100多吨柴油，泄漏的石油覆盖了大面积的水域，导致沿岸区域用水困难，对当地生态平衡也造成了一定的破坏。
2012年4月5日，安徽省马鞍山的天然气管道泄漏，火灾持续了好几个小时，到消防人员赶到扑灭了大火为止，造成的人员伤亡和经济损失已经不可估量，如图2所示。
图2安徽天然气泄漏引发大火
这些事情的起因追及源头，是我们对管道泄漏检测的不重视，甚至无视了管道检测。当然也有技术能力不足的原因，设计管理不当，也有管理不透彻的原因。所以，在以后的发展中，我们必须重视到管道检测的重要性。对管道进行实时检测，一旦发生了泄漏，必须在第一时间警及找到泄漏点，并对之采取应对措施。这样我们的人民的生命财产安全才能得到保障。国家的经济损失才能减少到最小。努力发展管道泄漏检测技术是我们的责任和任务。
1.2 研究意义
当管道泄漏发生时，我们需要做的是尽量减少泄漏所带来的损失，或者说把二次损失降低到最小，所以我们要做的就是尽可能快的定位出泄漏点的位置。以便于采取补救措施，来减少泄漏带来的损失。
对于泄漏，我们一定要在最短的时间内找到，并对之采取补救措施。否则，就会造成能源的浪费。泄漏可能造成大爆炸，而大爆炸对周边环境的影响也是十分巨大的。同时，对于检测到的地点，我们可以对之进行科学的统计，找到泄漏点的一般规律，这样，我们就可以在今后的管道铺设中，着重对容易发生泄漏的地点进行重点的安全防护，这对今后的管道技术的发展有很大的意义。
2 检测方法和工作原理
2.1检测方法
本设计采用了基于次声波的检测原理检测管道泄漏，选择了低频声波传感器，并通过二级放大原理，再对声波信号进行滤波，排除其他干扰，提高的定位的精度。
首先，讲述了次声波法定位泄漏点的原理，以及影响次声波传播速度的原因，经过修改定位公式，提高了系统定位的精度。
接着，由于对要求的次声波敏感度要求较高，并且需要抗干扰能力不低，综上，声波传感器选用了电容式传声器。
而后，由于采集到声波信号含有大量噪声，需要排除噪声干扰，从而利用低通滤波原理，从而提高检测精度。
最后，本设计的上位机是基于Labview软件进行设计的，这样设计不但易于操作，而且便于观察，所表达的结果一目了然，具有直观性。
本文可以分成四个主要的部分：
第一部分根据任务书下达的任务给出设计方案，并就设计所需要的知识进行了解和学习。
（1）蒸汽管道泄漏会带来的影响，背景。研究的意义。
（2）测量的具体方法，还有相关分析法的应用。
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究意义 3
2 研究方法 3
2.1 检测方法 3
2.2管道泄漏声波检测的工作原理 4
3 硬件设计 7
3.1 管道泄漏声波的检测原理 7
3.2 电容式声波传感器 8
3.3 放大电路 9
3.4 低通滤波电路 11
3.5 数据采集卡 NImyDAQ 13
3.4 电源模块 15
4 硬件调试与仿真 15
4.1 放大模块调试 16
4.2 滤波模块调试 17
4.3 总硬件系统调试 18
结 论 24
致 谢 25
参考文献 26
附录1 软件页面截图 28
附录2 总硬件电路图 29
附录3 总硬件实物图 30
1 绪论
1.1 研究背景
在世界五大运输体系中，管道运输占了很大一部分比重，世界上一切的天然气，80%的原油都是经过管道运输事先的。比较于其它运输模式，管道运输的优劣在于其运输量大，且便于自动化管理；建设成本较低，时间较短；建成后对于周围土地几乎没有影响，对于原有的生态环境破坏量小；管道运输的安全性是最高的，而且运输损耗也是最低的。
综上，管道运输不但具有安全性足够高，而且成本很低廉，适合大多数运输，是很多种情况的选择。而在实际建造过程中，由于管道壁会被气体腐蚀，管壁会被逐渐破坏，进而造成管道 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
泄漏，最终导致巨大的损失。表现为“浴缸效应”，它表明了管道泄漏产生的通常时间,如图1所示。
图1 事故率的一般规律
从中我们可以看出管道泄漏的高发时间一般都是在管道建成的早期和晚期，所以这些时期是我们需要注意的时间段。
蒸汽管道泄漏检测是需要一定的技术能力的。管道安全也是我们必须要对之负责。在管道运输发展的这些年来，由于技术和资金原因，也有管道处在不易检测到的地底的原因，所以初期的检测完全依靠人力不间断的来回巡回检查，一旦发生泄漏，再到找到泄漏点，所花费的时间精力都是很多的，并不能很快的检查到泄漏点。所以看来，设计一套实时监测管道泄漏的系统是很必要的。
小于20Hz的声波信号，我们一般把它称为次声波，所以不容易衰减，也不易被水和空气排汇，所以可以传播的很远。而次声波的波长很长，因此传播时不受障碍物影响并且能够发生衍射。甚至有些次声波可以绕地球好几圈。而然有些频率的次声波因为和人体的某些器官的震动频率相近。会和人体器官发生共振，会对人体造成伤害。
自然界各种天然灾害，比如海暴，火山喷发，陨石，海啸，闪电，波涛击岸，水中产生的漩涡，甚至极光，磁暴，地震等都伴随着次声波的迸发，本设计中针对的蒸汽管道泄漏也能产生次声波。
2010年7月16日，大连的两条石油管道爆炸。15个小时的火灾导致了大量经济损失和人员伤亡。同时也对当地的生态环境造成了破坏。
2011年，石油输油管道漏油尽管只泄漏了100多吨柴油，泄漏的石油覆盖了大面积的水域，导致沿岸区域用水困难，对当地生态平衡也造成了一定的破坏。
2012年4月5日，安徽省马鞍山的天然气管道泄漏，火灾持续了好几个小时，到消防人员赶到扑灭了大火为止，造成的人员伤亡和经济损失已经不可估量，如图2所示。
图2安徽天然气泄漏引发大火
这些事情的起因追及源头，是我们对管道泄漏检测的不重视，甚至无视了管道检测。当然也有技术能力不足的原因，设计管理不当，也有管理不透彻的原因。所以，在以后的发展中，我们必须重视到管道检测的重要性。对管道进行实时检测，一旦发生了泄漏，必须在第一时间警及找到泄漏点，并对之采取应对措施。这样我们的人民的生命财产安全才能得到保障。国家的经济损失才能减少到最小。努力发展管道泄漏检测技术是我们的责任和任务。
1.2 研究意义
当管道泄漏发生时，我们需要做的是尽量减少泄漏所带来的损失，或者说把二次损失降低到最小，所以我们要做的就是尽可能快的定位出泄漏点的位置。以便于采取补救措施，来减少泄漏带来的损失。
对于泄漏，我们一定要在最短的时间内找到，并对之采取补救措施。否则，就会造成能源的浪费。泄漏可能造成大爆炸，而大爆炸对周边环境的影响也是十分巨大的。同时，对于检测到的地点，我们可以对之进行科学的统计，找到泄漏点的一般规律，这样，我们就可以在今后的管道铺设中，着重对容易发生泄漏的地点进行重点的安全防护，这对今后的管道技术的发展有很大的意义。
2 检测方法和工作原理
2.1检测方法
本设计采用了基于次声波的检测原理检测管道泄漏，选择了低频声波传感器，并通过二级放大原理，再对声波信号进行滤波，排除其他干扰，提高的定位的精度。
首先，讲述了次声波法定位泄漏点的原理，以及影响次声波传播速度的原因，经过修改定位公式，提高了系统定位的精度。
接着，由于对要求的次声波敏感度要求较高，并且需要抗干扰能力不低，综上，声波传感器选用了电容式传声器。
而后，由于采集到声波信号含有大量噪声，需要排除噪声干扰，从而利用低通滤波原理，从而提高检测精度。
最后，本设计的上位机是基于Labview软件进行设计的，这样设计不但易于操作，而且便于观察，所表达的结果一目了然，具有直观性。
本文可以分成四个主要的部分：
第一部分根据任务书下达的任务给出设计方案，并就设计所需要的知识进行了解和学习。
（1）蒸汽管道泄漏会带来的影响，背景。研究的意义。
（2）测量的具体方法，还有相关分析法的应用。
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