本實用新型涉及管道閥門檢測設備技術領域，特別涉及一種用于閥門內泄漏的無線聯網實時檢測裝置。

背景技術：

閥門是工業上一種重要的流體控制設備，涉及到國民經濟諸多部門，是國民經濟發展的重要基礎設備，具有截止、調節、導流、防止逆流、穩壓、分流或溢流泄壓等功能。閥門具有眾多性能指標，如密封性能、動作靈敏度和可靠性、啟閉力和啟閉力矩、強度性能、流動介質、啟閉速度及使用壽命等，而其中密封性能是最重要的技術性能指示。

閥門的密封性能是指閥門各密封部位阻止介質泄漏的能力，閥門的泄露形式主要分為內泄漏和外泄漏。外泄漏一般是由于閥門填料與閥桿和填料函的配合處、閥體與閥蓋的連接處密封不嚴造成的，會引起介質從閥內泄漏到閥外，造成物料損失、環境污染，嚴重時還會造成事故。內泄漏是啟閉件與閥座兩密封面間的接觸處密封不嚴，造成管道內部泄露。內泄漏相對比較隱蔽，難以從外部直接觀察，特別對于頻繁開閉的閥門，由于磨損等因素造成的內泄漏難以及時發現，從而造成物料的損失，嚴重時會釀成巨大事故。

隨著技術的進步，現已發展出多種閥門泄漏檢測方法。比如對于外泄漏，西安科技大學公布了一種掩埋式自來水管道泄漏檢測裝置(專利公開號CN 104266087 A)，利用濕度傳感器沿管道進行鋪設，通過檢測傳感器阻值的變化來判斷外泄漏的情況，采用這種方法對外泄漏的檢測問題可以有效解決。對于閥門內泄漏問題，長沙理工大學公布了一種閥門泄漏檢測裝置(專利公開號CN102323013 A)，利用聲學傳感器采集的閥門內部聲音信號，通過分析變換與保存的未泄漏時的數據進行比對，判定閥門是否泄漏。這種檢測方式為無源檢測，需要布置多個測點，而且為有線的手持式檢測儀器，不利于工業系統中大規模的自動化檢測。另外有學者公布了一種核電站閥門泄漏無線聲音檢測裝置與壓縮傳輸方法，主要采用聲音發生器和聲音探測器聯合對閥門內泄露情況進行檢測，屬于一種有源檢測方法，此方法運用了無線傳輸技術，從而可以遠程管理。但是這種方法測試系統復雜，在實際使用中成本會較高，限于核電站領域的應用，適用范圍有限。聲音信號數據量較大，該方法中考慮無線傳輸的帶寬限制，對聲音信號進行了壓縮，這必然會降低檢測的準確性。

以上兩個公開的專利中都采用了聲音信號來檢測，其中面臨的最大的問題是背景噪聲的影響，在不同的環境背景下，很可能檢測出的結果出現很大差異。另外，對于閥門內部微泄露的情況，聲音信號難以對其進行有效的判定。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提出一種用于管路系統的閥門內泄漏無線聯網檢測裝置，以 解決閥門內部泄漏的實時檢測問題，尤其是閥門內部微泄漏的檢測。該裝置通過置于閥門下游出口處的檢測線圈，探測各種量級大小的泄漏情況。通過微控制器采集由泄露造成的檢測線圈的電壓變化，通過控制器內部算法的分析處理，判定閥門的泄漏情況。然后將閥門的泄漏情況轉換成數據編碼，通過無線通信傳回控制中心，從而實現閥門內泄漏的實時檢測與監控。

本實用新型采用如下技術方案：

一種用于管路系統的閥門內泄漏無線聯網檢測裝置，該裝置由檢測傳感器、微控制器、無線發射模塊、無線接收模塊、閥門泄露監控系統。其中檢測傳感器、微控制器和無線發射模塊依次連接，構成檢測前端，而無線接收模塊與閥門泄露監控系統連接，構成檢測終端，前端和終端之間通過無線連接。

所述的檢測傳感器主要由環形支架和檢測線組成，兩部分通過環形支架內環上的卡扣連接固定。檢測傳感器安裝于閥門和下游管道之間，所述的檢測線繞環形支架的內環布置，所述檢測線的兩端穿過環形支架上的兩個徑向通孔從內環走線到外環，連接外部的微控制器；對閥門的內泄漏情況進行感應，并轉換成電信號輸出。

為了消除傳感器上游積存物料的影響，環形支架內環的直徑d要小于管道直徑D，且(D-d)/D＝2％～10％。同時為了減少檢測線與環形支架之間積存物料對傳感器的檢測精度的影響，將環形支架內環的表面做成圓弧形結構，使物料不易在環形支架內環表面與檢測線之間的縫隙中積存。環形支架的外環設有兩個螺栓定位孔，使檢測傳感器在管道中安裝時起到定位的作用。環形支架的軸向兩側表面設置有環形波紋，用于裝配面的密封，防止物料的泄漏。檢測線繞環形支架的內環布置，通過內環上的卡扣限定其軸向的移動。檢測線的兩端穿過環形支架上的兩個徑向通孔從內環走線到外環，從而可以連接外部的微控制器，同時兩個徑向通孔內注入密封膠水，防止物料外泄。

所述的微控制器主要由接口電路、A/D轉換器、中央數據處理器、串行外設接口(主機)四部組成。接口電路、A/D轉換器、中央數據處理器、串行外設接口(主機)依次連接，接口電路用于連接檢測線和A/D轉換器，其中有兩個調敏電阻R₁、R₂，用于調節檢測線的靈敏度。A/D轉換器將檢測線的模擬電信號轉換成數字信號，并傳輸給中央數據處理器。中央數據處理器中預先拷入了模式識別智能算法，并對檢測傳感器感應得到的信號進行識別，判別閥門的泄露情況。然后將閥門的泄漏情況轉換成數字編碼，通過串行外設接口(主機)傳輸給無線發射模塊，將判別信息通過無線發射出去。

所述的無線發射模塊主要由串行外設接口(從機)、無線收發器I、無線發射天線三部分組成。串行外設接口(從機)、無線收發器I、無線發射天線依次連接，串行外設接口(從機)將表征閥門泄漏情況的數字編碼傳輸給無線收發器，經其處理轉換成高頻振蕩信號，經過無線發射天線發射出去。

所述的無線接收模塊主要由無線接收天線、無線收發器II、USB接口三部分組成。無線接收天線、無線收發器II、USB接口依次連接，無線接收天線接收無線電波，并 將信號傳輸給無線收發器II，進行解碼還原成反應閥門的泄漏情況的數字編碼，通過USB接口傳輸給終端的閥門泄露監控系統。

所述的閥門泄露監控系統對無線接收模塊的工作頻率通道的切換進行控制，另外對獲取的數據信息進行歸類、顯示及存儲，并對出現泄露的閥門進行報警；系統內關于閥門檢測的信息自動生成數據庫并存檔，以便后期的查詢與分析。

本實用新型所提出的檢測裝置，由檢測傳感器、微控制器、無線發射模塊、終端無線接收模塊、閥門泄漏監控系統五大部分構成了一套完整的閥門內泄漏檢測裝置，由無線局域網絡進行聯接，從而可以實現現場的多個閥門由終端統一監控，形成閥門內泄漏檢測的物聯網系統，大大提高工業、民生等領域閥門使用安全性，提高效率，減少人力成本。

本實用新型與現有技術相比具有如下優點：

(1)環形支架將檢測線固定于管道內部，可以快速準確的探測管內泄漏情況，尤其是內部微泄漏，相比于其它方法，本實用新型的方法更具備優勢。

(2)閥門內泄漏的傳感信號的采集、分析及判定在檢測前端的微控制器內部完成，從而大大減少了無線傳輸的數據量，增強系統的可靠性；同時，由于傳輸數據量的減少，也使得檢測前端的擴展簡單方便。

(3)由一個檢測終端同時連接多個檢測前端，構成一個完整的檢測系統，便于自動化和集約化管理，有效提高效率并降低人力成本。

附圖說明

圖1為本實用新型的閥門內泄漏測裝置系統圖。

圖2為本實用新型裝置的檢測傳感器結構圖。其中，圖(a)為檢測傳感器裝配圖，圖(b)為檢測傳感器構造正視圖，圖(c)為檢測傳感器構造側視圖。

圖3為本實用新型裝置的微控制器結構圖。其中，圖(A)為微控制器內部功能結構圖，圖(B)為接口電路示意圖，其中L_s1為信號線I，L_s2為信號線II，L_I1為傳感線I，L_I2為傳感線II，R₁、R₂為調敏電阻。

圖4為本實用新型裝置的無線發射模塊結構圖。

圖5為本實用新型裝置的無線接收模塊結構圖。

圖6為本實用新型裝置的閥門泄漏監控系統流程圖。

圖中：1為檢測傳感器；2為微控制器；3為無線發射模塊；4為無線接收模塊；5為閥門泄漏監控系統；1-1為環形支架；1-2為檢測線；2-1接口電路；2-2 A/D轉換器；2-3中央數據處理器；2-4串行外設接口(主機)；3-1串行外設接口(從機)；3-2無線收發器I；3-3無線發射天線；4-1無線接收天線；4-2無線收發器II；4-3 USB接口。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式做進一步的說明。

如附圖1所示，該裝置由檢測傳感器(1)、微控制器(2)、無線發射模塊(3)、無線接收模塊(4)、閥門泄露監控系統(5)五大部分組成。其中檢測傳感器(1)、微 控制器(2)、無線發射模塊(3)構成檢測前端，而無線接收模塊(4)和閥門泄露監控系統(5)構成檢測終端，前端和終端之間通過無線連接。

如附圖2所示，該裝置的檢測傳感器(1)主要由環形支架(1-1)和檢測線(1-2)組成，兩部分通過環形支架(1-1)內環上的卡扣連接固定。檢測傳感器安裝于閥門和下游管道之間，對閥門的內泄漏情況進行感應，并轉換成電信號輸出。為了消除傳感器上游積存物料的影響，環形支架(1-1)內環的直徑d要小于管道直徑D，(D-d)/D＝5％。同時為了減少檢測線(1-2)與環形支架(1-1)之間積存物料，影響傳感器的檢測精度，將環形支架(1-1)內環的表面做成圓弧形結構，使物料不易在環形支架(1-1)內環表面與檢測線(1-2)之間的縫隙中積存。環形支架(1-1)的外環設有兩個螺栓定位孔，使檢測傳感器(1)在管道中安裝時起到定位的作用。環形支架(1-1)的軸向兩側表面設置有環形波紋，用于裝配面的密封，防止物料的泄漏。檢測線(1-2)繞環形支架(1-1)的內環布置，通過內環上的卡扣限定軸向的移動。檢測線(1-2)的兩端穿過環形支架(1-1)上的兩個徑向通孔從內環走線到外環，從而可以連接外部的微控制器(2)，同時兩個徑向通孔內注入密封膠水，防止物料外泄。

如附圖3所示，該裝置的微控制器(2)主要由接口電路(2-1)、A/D轉換器(2-2)、中央數據處理器(2-3)、串行外設接口(主機)(2-4)四部分組成。接口電路(2-1)連接檢測線(1-2)和A/D轉換器，接口電路(2-1)中有兩個調敏電阻R1、R2，用于調節檢測線(1-2)檢測的靈敏度。A/D轉換器(2-2)將檢測線(1-2)的模擬電信號轉換成數字信號，并傳輸給中央數據處理器(2-3)。此實施實例中的中央數據處理器(2-3)采用ATMEGA328P芯片。中央數據處理器(2-3)中預先拷入了模式識別智能算法，并對檢測傳感器(1)感應得到的信號進行識別，判別閥門的泄露情況。然后將閥門的泄漏情況轉換成數字編碼，通過串行外設接口(主機)(2-4)傳輸給無線發射模塊(3)，將判別信息通過無線發射出去。

如附圖4所示，該裝置的無線發射模塊(3)主要由串行外設接口(從機)(3-1)、無線收發器I(3-2)、無線發射天線(3-3)三部分組成。此實施實例中的無線收發器I采用nRF24L01芯片。串行外設接口(從機)(3-1)將表征閥門泄漏情況的數字編碼傳輸給無線收發器(3-2)，經其處理轉換成高頻振蕩信號，經過無線發射天線(3-3)發射出去。

如附圖5所示，該裝置的無線接收模塊(4)主要由無線接收天線(4-1)、無線收發器II(4-2)、USB接口(4-3)三部分組成。此實施實例中的無線收發器II同樣采用nRF24L01芯片。無線接收天線(4-1)接收無線電波，并將信號傳輸給無線收發器II(4-2)，進行解碼還原成反應閥門的泄漏情況的數字編碼，通過USB接口(4-3)傳輸給終端的閥門泄露監控系統(5)。

如附圖6所示，該裝置的閥門泄露監控系統(5)對無線接收模塊(4)的工作頻率通道進行循環切換控制，保證每個閥門的檢測前端的信息都能順序采集得到。對獲取的檢測數據信息按前端閥門編號進行歸類，并分別顯示，同時對于出現泄露的閥門 進行報警。系統內關于閥門檢測的信息自動生成數據庫并存檔，以便后期的查詢與分析。無線頻率通道n的取值為1-N，且循環取值。

下面結合附圖1～6詳細說明本實用新型的工作原理。

將檢測傳感器(1)安裝于閥門下游與管道的連接處，檢測線(1-2)的端口與微控制器(2)的接口電路(2-1)相連接。無線發射模塊(3)通過串行外設接口(從機)(3-1)與微控制器(2)的串行外設接口(主機)(2-4)相連接。無線接收模塊(4)通過USB接口(4-3)與閥門泄露監控系統(5)相連接。

閥門內泄漏檢測裝置連接完畢以后，上電運行。當閥門產生泄漏時，泄露的物料接觸到檢測線(1-2)時，檢測線(1-2)內部線路由斷開轉變成導通狀態，使得線路兩端的電壓發生變化。另外，檢測線(1-2)浸入物料中的長度不同，線路兩端的電壓也會不同。微控制器(2)中的A/D轉換器(2-2)對檢測線(1-2)的電壓信號進行采集并轉換成數字信號，傳輸給中央數據處理器(2-3)。中央數據處理器(2-3)對數字信號進行運算，并結合預先存儲于內存之中的模式識別智能算法對采集的數字信號進行分析識別，判定是閥門產生了泄漏還是閥門正常開啟；如果判定是閥門泄漏，可進一步估計泄露量的大小。然后將判定的結果轉變成對應的數字編碼，通過串行外設接口(主機)(2-4)傳輸給無線發射模塊(3)的串行外設接口(從機)(3-1)，進而傳輸給無線收發器I(3-2)，并經其處理轉換成高頻振蕩信號，經過無線發射天線(3-3)發射出去。

檢測終端的無線接收模塊(4)通過無線接收天線(4-1)接收無線高頻振蕩信號，傳輸給無線收發器II(4-2)，并進行解碼還原成反應閥門的泄漏情況的數字編碼，通過USB接口(4-3)傳輸給閥門泄露監控系統(5)。

閥門泄露監控系統(5)一方面對無線接收模塊(4)的工作頻率通道進行循環切換控制，保證每個閥門的狀態信息的采集。另一方面對獲取的檢測數據信息按前端閥門編號進行歸類，并分別顯示，同時對于出現泄露的閥門進行報警。系統內關于閥門檢測的信息自動生成數據庫并存檔。

以上對本實用新型做了詳盡的描述，其目的在于讓熟悉此領域技術的人士能夠了解本實用新型的內容并加以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍，且本實用新型不限于上述的實施例，凡根據本實用新型的精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。