基于PSoC4的管道泄漏声发射检测系统研究

摘要

压风、供水管道网络设施是煤矿安全生产的有力保障。然而在管道运行过程中，由于自然环境、人为破坏等因素，管道会发生腐蚀、破裂，导致管道泄漏的发生，严重威胁着煤矿的安全生产。管道泄漏发生时会产生声发射现象，对管道泄漏声发射信号进行采集、提取、分析和定位的研究，将为煤矿管道泄漏事故的预防和控制提供有力依据。
　　针对煤矿压风、供水管道网络设施，本文设计了一款基于PSoC4的管道泄漏声发射检测系统，该系统包括检测分站和自制声发射传感器终端。检测分站主要包括电源模块、前端信号调理模块、PSoC4主控模块、W5500以太网模块等。自制声发射传感器终端采用了基于MEMS技术的ADXL001加速度传感器芯片，并在传感器后端嵌入电流环模块，完成电压信号到电流信号的转换，可增强信号抗干扰性、增加信号传输距离。
　　在主要技术方面，PSoC4充分发挥了片上模拟资源和数字资源的可编程优势：在数据采集方面，利用了片上ADC组件和AMuxHw组件等进行多通道模拟信号的采集转换，节省了外围电路的设计；在数据传输方面，充分利用了片上DMA组件，使数据流在各片上外设间直接传输，为CPU减轻了任务负担；在数据处理方面，利用了片上UDB组件生成了用户数据处理组件，完成管道泄漏声发射信号有效阈值的设定，可判定并提取有效声发射信号，避免大量非泄漏数据上传PC端，并可进一步降低系统功耗。
　　最后本文利用空气压缩机和PPR管搭建了气体管道泄漏实验平台，对系统进行综合测试，测试结果达到了预期的功能，对后期管道泄漏声发射信号的动态分析、泄漏源定位提供了可靠保障。

目录

声明

1 绪 论

1.1 课题背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题主要研究内容

2 系统总体方案设计

2.1 系统整体结构

2.2 PSoC4微控制器选择

2.3 系统硬件结构

2.4 系统分站软件结构

3 系统硬件电路设计

3.1 主电源板电路

3.2 PSoC4最小系统设计

3.3 信号调理电路设计

3.4 以太网电路设计

3.5 声发射传感器电路设计

3.6 电流环电路设计

3.7 显示电路设计

3.8 本章小结

4 分站关键程序设计

4.1 PSoC Creator软件概述

4.2 ADC顶层原理图设计

4.3 基于DATAPATHS的声发射信号判定

4.4 DMA数据流程序设计

4.5 以太网程序设计

4.6 本章小结

5 系统测试

5.1 概述

5.2 以太网测试

5.3 声发射传感器测试

5.4 电流环测试

5.5 综合测试

5.6 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢