管道内球形检测器数据采集平台的研究

论文摘要

管道泄漏检测在保障管道运输安全、公共安全及保护环境上有着重要的意义。国内常用的管道泄漏检测方法多用于大泄漏量的检测或泄漏预警,对于管道的微小泄漏,尚无经济可靠的检测方法。课题组提出使用管道内球形检测器进行微小泄漏检测,检测器直径小于被检测管道直径。该检测方法有助于提高检测的安全性、节约检测成本、发展我国微小泄漏检测技术。管道内球形检测器的核心设备是具有良好的稳定性与可扩展性的数据采集平台。在充分分析了检测方案对数据采集系统的需求,以及多种微处理器的特性后,本文提出了基于ARM9的嵌入式数据采集平台的设计。该嵌入式数据采集平台在硬件上采用模块化设计,将平台按功能划分成多个模块单独选型设计,主要有核心处理器模块、传感器模块、接口模块以及电源管理模块等。在软件方面,数据采集平台裁剪并移植了Linux-2.6内核的操作系统,在完成传感器及其它外部设备的驱动程序之后,利用多线程程序设计方法开发了应用程序,实现多传感器数据的同步采集、存储,以及USB数据传输等功能。数据采集平台的模块化硬件与多线程程序结构,使得系统稳定可靠,更改或增加功能模块方便。搭载该数据采集平台的球形检测器在输水管道中进行了多次泄漏模拟实验。实验证明数据采集平台设计合理、可稳定有效地采集数据,检测流程简单,检测方案安全、可行。本课题为输油管线微小泄漏的高精度、低成本的实用检测提供了有力的技术支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 管道微小泄漏检测方法介绍
• 1.3 管道微小泄漏检测的国内外发展状况
• 1.4 课题的提出与研究意义
• 1.5 论文内容与安排
• 第二章 数据采集平台的结构设计
• 2.1 引言
• 2.2 泄漏检测原理
• 2.2.1 管道泄漏声波产生机理
• 2.2.2 泄漏定位原理
• 2.3 检测系统的硬件需求
• 2.4 数据采集平台方案
• 2.5 小结
• 第三章 数据采集平台的硬件设计
• 3.1 引言
• 3.2 核心处理器模块
• 3.3 传感器板的设计
• 3.3.1 声音传感器的选型与电路设计
• 3.3.2 惯性传感器的选型与设计
• 3.4 底板的设计
• 3.5 接口板的设计
• 3.6 电源模块设计
• 3.7 电路的制作与装配
• 3.8 小结
• 第四章 数据采集平台的软件设计
• 4.1 引言
• 4.2 Linux 操作系统简介
• 4.3 Linux 操作系统的移植
• 4.3.1 引导程序的移植
• 4.3.2 Linux-2.6.30.4 内核的裁剪
• 4.3.3 构建文件系统
• 4.4 传感器的驱动程序设计
• 4.4.1 驱动程序简介
• 4.4.2 加速度传感器的驱动程序设计
• 4.4.3 加速度传感器的驱动程序加载
• 4.5 应用程序设计
• 4.5.1 应用程序整体设计
• 4.5.2 主线程设计
• 4.5.3 传感器线程
• 4.5.4 存储线程
• 4.6 检测数据的导出
• 4.7 小结
• 第五章 实验验证
• 5.1 引言
• 5.2 球形检测器性能参数
• 5.3 模拟泄漏实验
• 5.3.1 实验环境
• 5.3.2 实验结果
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢