具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1所述，本申请中的一种供水管道泄漏的无线监测装置，包括压电加速度传感器、电源管理模块、系统控制模块、信号调理模块、振动信号采集模块、数据存储模块、数据无线传输模块以及人机交互模块，所述压电加速度传感器固定在被监测供水管道外壁，所述电源管理模块为所述系统控制模块、所述信号调理模块、所述振动信号采集模块、所述数据存储模块、所述数据无线传输模块以及所述人机交互模块供电，所述压电加速度传感器与所述信号调理模块连接，所述信号调理模块与所述振动信号采集模块连接，所述系统控制模块分别所述振动信号采集模块、所述数据无线传输模块、所述数据存储模块以及所述人机交互模块连接。

在本实施例中，采用可充电锂电池与电源管理模块电性连接，用于为电源管理模块提供电能。电源管理模块包括电压检测电路和系统工作电压转换电路，电压检测电路的对除了压电加速度传感器的整个无线监测装置进行电压监测，并将检测结果作为系统状态数据上报，系统工作电压转换电路使用双路输出LDO芯片输出系统所需工作电压1.8V，2.5V和3.3V。系统控制模块采用型号为TMS320F28335的数字信号处理器，该模块用于数据采集、存储、通信等功能模块的调度控制与数据传输，并且运行预设管道泄漏检测算法进行泄漏检测。上述的信号调理模块包括电荷放大电路、抗混叠低通滤波器以及双T工频陷波器，具体说明如下：电荷放大电路由含有运算放大器OP1和运算放大器OP2的运算放大器电路构成，以其中一个为例进行说明，如图2所示为含有运算放大器OP1的运算放大器电路，运算放大器OP1的两输入端分别串接电阻R1和R2，并连接压电加速度传感器的两个电荷信号输出端，运算放大器OP1输出端连接双T陷波器输入端，反馈电容C1用于存储由压电加速度传感器输入的电荷，并将转换成电压并放大十倍输出，电阻R1和R2用于输入限流和限制频率响应下限频率，反馈电阻R3用于限制频率响应上限频率，电荷放大电路的同相输入端同时接2.5V，将输出抬升为正电压；双T工频陷波器用于滤除空间电磁场耦合进系统的50Hz工频干扰信号，由基本双T型网络和同相放大电路组成，如图3所示，双T工频陷波器的输入连接电荷放大电路的输出，双T工频陷波器输出连接抗混叠低通滤波器的输入，电阻R6、电阻R7、电阻R8以及电容C2、电容C3和电容C4构成的Q值不可调双T型陷波电路用于滤除50Hz工频信号，运放OP3构成的同相放大电路用作双T网络的正反馈，使滤波器Q值可调，滤波器放大系数由电阻R10和R9的比值确定；抗混叠低通滤波器用于滤除振动信号中的高频噪声，电路图如图4所示，抗混叠低通滤波器输入端连接双T工频陷波器输出端，抗混叠低通滤波器输出端连接振动信号采集模块输入端，电阻R11和R12、电容C5和C6构成的二阶RC低通滤波电路用于滤除高频噪声，运算放大器OP4构成的同相放大电路用于提供反馈信号，提高滤波器增益和阻抗变换，使滤波后的信号不失真地传输至ADC，本电路中滤波器增益为1，截止频率为5KHz。

上述的数据无线传输模块由NB-IoT通信模组及模组电源控制电路构成，NB-IoT通信模块用于将系统控制模块中的需要发出的数据上报至监测平台，将特征参数计算结果、泄漏检测结果及系统状态的按照预设周期上报至监测平台，以及补报及历史数据查询；模组电源控制电路用于非数据上报时间关闭模组电源，降低系统整体功耗。本实施例中的人机交互模块由液晶屏幕构成，采用三个干簧管作为控制和设置用非接触式按键，用来设置采样周期，重发，补发次数等参数，还可以用于查询系统状态数据，历史存储数据和系统参数等信息。

在对被监测供水管道进行泄漏检测时，所述压电加速度传感器将供水管道外壁发出的声发射信号转换成电流信号，所述压电加速度传感器将电流信号传送至信号调理模块，所述信号调理模块将电流信号进行放大处理并转换成模拟电压信号，所述信号调理模块将模拟电压信号发送至所述振动信号采集模块，所述振动信号采集模块将模拟电压信号转换为数字信号，所述振动信号采集模块将所述数字信号作为与被监测供水管道对应的样本信号数据，所述系统控制模块运行预设管道泄漏检测算法对所述样本信号数据进行运算处理，得到泄漏检测结果，并将所述泄漏检测结果和所述样本信号数据均存储在所述数据存储模块中，当所述泄漏检测结果为存在泄漏时，所述系统控制模块通过所述数据无线传输模块发送警报信息至监测平台；在本实施例中，为了降低整体装置的存储负载，对样本信号数据存储采用动态存储算法进行存储，具体为：

本实施例中将存储在数据存储模块的历史样本信号数据分成若干组，得到若干数据分组，每组根据预设容量规则设置额定的存储容量，将样本信号数据的特征参数、泄漏检测结果作为每个数据分组的分组标签，每完成一次供水管道管壁振动信号周期采样并计算得到泄漏结果后，将样本信号数据对应的特征参数与数据存储模块中不同数据分组的分组标签进行匹配，若匹配到对应分组标签，将匹配到的对应分组标签作为目标分组标签，将样本信号数据对应的特征参数、泄漏检测结果以及当前采样时间组合成当前样本数据组存储在目标分组标签对应的数据分组中，若未匹配到对应分组标签，则创建新数据分组，将样本信号数据对应的特征参数、泄漏检测结果作未新数据分组的分组标签，将样本信号数据对应的特征参数、泄漏检测结果以及当前采样时间组合成当前样本数据组存储在新数据分组中。在所述将样本信号数据对应的特征参数、泄漏检测结果以及当前采样时间组合成当前样本数据组存储在目标分组标签对应的数据分组中之前还包括判断组内空间，判断目标分组标签对应的数据分组中的组内空间是否存满，若是，则删除目标分组标签对应的数据分组中样本采样时间最早的历史样本数据组，若否，则将样本信号数据对应的特征参数、泄漏检测结果以及当前采样时间组合成当前样本数据组存储在目标分组标签对应的数据分组中。在所述创建新数据分组之前还包括判断数据分组数量是否达到阈值，若是，则删除含有历史样本数据组最多或平均样本采样时间最早的数据分组后再创建新数据分组，若否，则直接创建新数据分组。

所述获取样本信号数据还包括获取与样本信号数据对应的时域数据，在上述的数据动态存储过程中，当匹配到对应分组标签时，在将样本信号数据对应的特征参数、泄漏检测结果以及当前采样时间组合成当前样本数据组存储在目标分组标签对应的数据分组之后，删除与样本信号数据对应的时域数据，并将样本信号数据对应的特征参数、泄漏检测结果以及当前采样时间通过数据无线传输模块上报至监测平台；

当未匹配到对应分组标签时，则创建新数据分组，将样本信号数据对应的特征参数、泄漏检测结果作未新数据分组的分组标签，将样本信号数据对应的特征参数、泄漏检测结果以及当前采样时间组合成当前样本数据组，将当前样本数据组存储在新数据分组中，将样本信号数据对应的特征参数、泄漏检测结果、当前采样时间组合以及时域数据通过数据无线传输模块上报至监测平台，上传成功后删除数据存储模块中与样本信号数据对应的时域数据。本实施例中的数据动态存储机制可以有效减少无异常采样数据的上报，降低本装置的总体功耗，降低服务器通信和运算负载。

如图5所示，本申请还提供一种供水管道泄漏的无线监测方法，具体包括以下步骤：

获取样本信号数据，系统控制模块获取经过振动信号采集模块输入的与被监测供水管道对应的样本信号数据。上述样本信号数据为数字信号，具体产生过程如下：压电加速度传感器将供水管道外壁发出的声发射信号转换成电流信号，压电加速度传感器将电流信号传送至信号调理模块，所述信号调理模块将电流信号进行放大处理并转换成模拟电压信号，所述信号调理模块将模拟电压信号发送至所述振动信号采集模块，所述振动信号采集模块将模拟电压信号转换为数字信号，所述振动信号采集模块将所述数字信号作为与被监测供水管道对应的样本信号数据并发送至系统控制模块。在本实施例中，还包括获取与样本信号数据对应的当前采样时间以及时域数据。

计算排列熵平均值，将样本信号数据分割为若干帧子样本信号数据，分别计算出每帧子样本信号数据对应自相关函数的排列熵，根据每帧子样本信号数据对应自相关函数的排列熵计算出样本信号数据对应自相关函数的排列熵均值。

计算功率谱密度，根据平均周期图法计算样本信号数据的功率谱密度，得到样本信号数据中主频率成分的带宽和中心频率。

泄漏检测，将所述排列熵均值、带宽以及中心频率作为样本信号数据对应特征参数，将特征参数作为特征向量输入至预设SVM模型中进行识别，得到泄漏检测结果。本申请中的预设SVM模型为经过若干监测管道泄漏的历史样本数据训练后得到，上述预设SVM模型可以根据被监测供水管道的不同来进行对应的样本数据训练，得到适用不同被监测管道的泄漏检测模型。当泄漏检测结果为存在泄漏时，通过所述数据无线传输模块发送警报信息至监测平台。

数据动态存储，将样本信号数据对应的特征参数与数据存储模块中不同数据分组的分组标签进行匹配，若匹配到对应分组标签，将匹配到的对应分组标签作为目标分组标签，此时，还需进一步判断组内空间，即判断目标分组标签对应的数据分组中的组内空间是否存满，若是，则删除目标分组标签对应的数据分组中样本采样时间最早的历史样本数据组，若否，则将样本信号数据对应的特征参数、泄漏检测结果以及当前采样时间组合成当前样本数据组存储在目标分组标签对应的数据分组中。若未匹配到对应分组标签，判断数据分组数量是否达到阈值，若是，则删除含有历史样本数据组最多或平均样本采样时间最早的数据分组后再创建新数据分组，若否，则直接创建新数据分组，创建好新数据分组后，将样本信号数据对应的特征参数、泄漏检测结果作未新数据分组的分组标签，将样本信号数据对应的特征参数、泄漏检测结果以及当前采样时间组合成当前样本数据组存储在新数据分组中。在上述步骤中，当匹配到对应分组标签时，在将样本信号数据对应的特征参数、泄漏检测结果以及当前采样时间组合成当前样本数据组存储在目标分组标签对应的数据分组之后，删除与样本信号数据对应的时域数据，并将样本信号数据对应的特征参数、泄漏检测结果以及当前采样时间通过数据无线传输模块上报至监测平台；

当未匹配到对应分组标签时，则创建新数据分组，将样本信号数据对应的特征参数、泄漏检测结果作未新数据分组的分组标签，将样本信号数据对应的特征参数、泄漏检测结果以及当前采样时间组合成当前样本数据组，将当前样本数据组存储在新数据分组中，将样本信号数据对应的特征参数、泄漏检测结果、当前采样时间组合以及时域数据通过数据无线传输模块上报至监测平台，上传成功后删除数据存储模块中与样本信号数据对应的时域数据。

本申请中的一种供水管道泄漏的无线检测方法，通过将压电加速度传感器采集的电流信号经过信号调理模块和振动信号采集模块进行处理后得到数字信号，将数字信号作为样本信号数据，并计算出样本信号数据对应的特征参数，通过将特征参数作为特征向量导入预设SVM模型进行识别，从而实现供水管道泄漏在线准确检测，提高泄漏检测效率，在本地进行动态分组存储，减少重复数据存储，在保证存储长期监测数据的条件下，降低了周期上报和历史数据查询时的数据传输量，提高了存储空间利用率和数据传输稳定性，实现对供水管道泄漏的长期在线监测；针对不同被监测供水管道和现场环境，可以采集对应的模拟泄漏样本数据进行在线模型训练，得到不同的泄漏检测算法模型，提高了对不同供水管道，不同监测环境的普遍适用性。

以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。