基于振幅衰減與相關(guān)檢測(cè)相結(jié)合的地下管道漏點(diǎn)定位方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了基于振幅衰減與相關(guān)檢測(cè)相結(jié)合的地下管道漏點(diǎn)定位方法，首先利用振幅衰減法快速縮小漏點(diǎn)所在范圍，定出其大致位置；在待測(cè)金屬管道上設(shè)置兩個(gè)拾音探頭，探頭采集漏點(diǎn)的漏水聲振幅，判斷漏點(diǎn)大致位置，盡量縮小漏點(diǎn)搜索范圍；利用相關(guān)檢測(cè)法確定出漏點(diǎn)的精確位置，設(shè)漏水聲分別傳播至左、右探頭的時(shí)間差為t，兩探頭間距為d，聲波在水管中的傳播速度為v，則左探頭與漏點(diǎn)距離X1＝(d?v·t)/2。本發(fā)明的有益效果是定位方法簡(jiǎn)單，精度高，成本低。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
基于振幅衰減與相關(guān)檢測(cè)相結(jié)合的地下管道漏點(diǎn)定位方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于地下管線探測(cè)、壓力管道泄漏點(diǎn)定位技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及基于振幅衰減與 相關(guān)檢測(cè)相結(jié)合的地下管道漏點(diǎn)定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 供水、輸油、天然氣等各類(lèi)地下輸送管網(wǎng)的漏失問(wèn)題是設(shè)及節(jié)能和安全領(lǐng)域的一 個(gè)亟待解決的重大難題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)有一半W上的城市供水管網(wǎng)漏損率高于國(guó)家標(biāo) 準(zhǔn)規(guī)定值，年漏損水量達(dá)60億立方米，且呈逐年上升的趨勢(shì)，造成極大的浪費(fèi)。而輸油、天然 氣管道的泄漏更是設(shè)及到民眾的生命財(cái)產(chǎn)安全大問(wèn)題。防止和降低漏耗非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán) 節(jié)就是檢漏，目前還沒(méi)有簡(jiǎn)便成本低的地下管道漏點(diǎn)檢測(cè)方法，因此設(shè)計(jì)出更加簡(jiǎn)便，性價(jià) 比更高，適合普及推廣，可W主動(dòng)檢漏的檢漏儀具有重大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供基于振幅衰減與相關(guān)檢測(cè)相結(jié)合的地下管道漏點(diǎn)定位方 法，本發(fā)明的有益效果是定位方法簡(jiǎn)單，精度高，成本低。
[0004] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是按照W下步驟進(jìn)行：
[0005] 步驟1:利用振幅衰減法快速縮小漏點(diǎn)所在范圍，定出其大致位置；
[0006] 1)振幅衰減法:在待測(cè)金屬管道上設(shè)置兩個(gè)拾音探頭，探頭采集漏點(diǎn)的漏水聲振 幅，判斷漏點(diǎn)大致位置，盡量縮小漏點(diǎn)捜索范圍；
[0007] a)漏點(diǎn)在中間:兩探頭相互靠近時(shí)收集到的信號(hào)幅值都在增加；
[000引b)漏點(diǎn)在左探頭左側(cè):兩探頭相互靠近時(shí)，左探頭收集的信號(hào)幅值減小，而右探頭 收集的信號(hào)幅值增大；
[0009] C)漏點(diǎn)在右探頭右側(cè):兩探頭相互靠近時(shí)，右探頭收集的信號(hào)幅值減小，而左探頭 收集的信號(hào)幅值增大；
[0010] 步驟2:利用相關(guān)檢測(cè)法確定出漏點(diǎn)的精確位置；
[0011] 設(shè)漏水聲分別傳播至左、右探頭的時(shí)間差為t，兩探頭間距為d，聲波在水管中的傳 播速度為V，則左探頭與漏點(diǎn)距離：
[0012] Xi= (d-v ? t)/2〇
[0013] 進(jìn)一步，所述兩個(gè)拾音探頭的靈敏度相同。
[0014] 進(jìn)一步，所述漏水聲分別傳播至左、右探頭的時(shí)間差為t為：
[0015] t = n ? T = n/f，
[0016] 系統(tǒng)采樣頻率為f，抽樣間隔T = l/f，兩路漏水聲信號(hào)傳輸相差n個(gè)抽樣間隔。
[0017] 進(jìn)一步，所述聲波在水管中的傳播速度V通過(guò)定標(biāo)得出，方法是定點(diǎn)敲擊水管壁， 分別采集來(lái)自左、右探頭的兩路敲擊聲波形，利用敲擊聲幅度大，持續(xù)時(shí)間短的特點(diǎn)，識(shí)別 出兩波形的相位并測(cè)出時(shí)間差，再結(jié)合已知的探頭間距和敲擊點(diǎn)位置得出。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1是本發(fā)明振幅衰減法測(cè)試示意圖；
[0019] 圖2是本發(fā)明相關(guān)檢測(cè)法測(cè)試示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0021] 首先利用振幅衰減法快速縮小漏點(diǎn)所在范圍，定出其大致位置振幅衰減法實(shí)驗(yàn)裝 置。實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖1所示，其中包括靈敏度可精確調(diào)節(jié)的定向拾音探頭，計(jì)算機(jī)采集 處理系統(tǒng)，信號(hào)線，待測(cè)金屬水管及水源等。
[0022] 通水中的水管破裂漏水，水在泄漏處形成一定的沖擊聲，設(shè)漏水聲的聲強(qiáng)為I，聲 音波形幅值為A，聲音接收器(拾音探頭)與聲源距離為X，在聲音傳播過(guò)程中，聲強(qiáng)I發(fā)生衰 減，聲波振幅與傳播距離的n次幕成反比關(guān)系。在傳播距離較短時(shí)近似取n=l，即聲音接收 器至聲源距離X與接收到的漏水聲振幅A滿足W下關(guān)系
[0023]
(1)
[0024] 式中k為比例系數(shù)。
[0025] 設(shè)左右兩側(cè)拾音探頭的靈敏度相同，左探頭獲取的漏水聲波形幅值平均值為Al, 右探頭獲取的漏水聲波形幅值平均值為A2,左探頭與漏點(diǎn)距離為Xi,右探頭與漏點(diǎn)距離為 拉。根據(jù)（1)式，可得
[0026] (2)
[0027] ;之間且兩探頭間距為d，則漏點(diǎn)與左探頭的距離
[002引 毛 3')'
[0029] 同理，若漏點(diǎn)在左探頭左側(cè)，則
；若漏點(diǎn)在右探頭右側(cè)，貝U
[0030] 漏點(diǎn)與兩探頭的相對(duì)位置可用W下方法判斷：
[0031] a)漏點(diǎn)在中間:兩探頭相互靠近時(shí)收集到的信號(hào)幅值都在增加；
[0032] b)漏點(diǎn)在左探頭左側(cè):兩探頭相互靠近時(shí)，左探頭收集的信號(hào)幅值減小，而右探頭 收集的信號(hào)幅值增大；
[0033] C)漏點(diǎn)在右探頭右側(cè):兩探頭相互靠近時(shí)，右探頭收集的信號(hào)幅值減小，而左探頭 收集的信號(hào)幅值增大。
[0034] 采集來(lái)自左右探頭的漏水聲的波形，通過(guò)計(jì)算幅值得到漏點(diǎn)的大概位置。
[0035] 利用相關(guān)檢測(cè)法確定出漏點(diǎn)的精確位置。相關(guān)檢測(cè)法實(shí)驗(yàn)裝置示意圖見(jiàn)圖2。
[0036] 設(shè)漏水聲分別傳播至左、右探頭的時(shí)間差為t，兩探頭間距為d，聲波在水管中的傳 播速度為V，則左探頭與漏點(diǎn)距離
[0037] Xi= (d-v ? t)/2 (4)
[0038] 采集左右探頭的漏水聲信號(hào)并進(jìn)行對(duì)比分析，找出兩者間相關(guān)程度最好的信號(hào)段 落，并計(jì)算出兩者傳輸?shù)臅r(shí)間差t。系統(tǒng)采樣頻率為f，則抽樣間隔T=l/f。若測(cè)得兩路漏水 聲信號(hào)傳輸相差n個(gè)抽樣間隔，則兩者傳輸?shù)臅r(shí)間差
[0039] t = n ? T = n/f O (5)
[0040] 聲波在水管中的傳播速度V通過(guò)定標(biāo)得出。方法是定點(diǎn)敲擊水管壁，分別采集來(lái)自 左、右探頭的兩路敲擊聲波形。利用敲擊聲幅度大，持續(xù)時(shí)間短的特點(diǎn)，識(shí)別出兩波形的相 位并測(cè)出時(shí)間差t，再結(jié)合已知的探頭間距和敲擊點(diǎn)位置，利用（4)式測(cè)出Vnd取2m，敲擊位 置距離左探頭0.5m時(shí)左右探頭所采集到的敲擊聲波形，其中左探頭收集到的敲擊聲波形明 顯超前，兩者相差18個(gè)抽樣間隔。實(shí)驗(yàn)中，采樣頻率為88.2KHZ，故敲擊聲通過(guò)水管分別傳輸 至左、右探頭的時(shí)間差
[0041 ] t = n/f = 18/88.化 Hz = 0.000204s
[0042] 敲擊點(diǎn)至左、右探頭的距離相差為Im，于是可求得聲波在水管中的傳播速度V為 4902m/s。
[0043] 本發(fā)明實(shí)測(cè)結(jié)果及分析
[0044] 兩探頭間距d取2m，漏點(diǎn)距左探頭0.5m，采用相關(guān)法進(jìn)行漏點(diǎn)檢測(cè)，長(zhǎng)度n為80個(gè)樣 點(diǎn)。其中左探頭聲波相關(guān)范圍為1381至1461，右探頭聲波相關(guān)范圍為1400至1480,兩者的相 關(guān)性測(cè)量值為0.93439，右通道比左通道延遲了 19個(gè)抽樣間隔。由（5)式求得兩通道時(shí)間差t =0.000215s，代入(4)式定出漏點(diǎn)與左探頭的距離Xi = O.473m。
[0045] 相關(guān)檢測(cè)法的測(cè)量誤差與采集波形時(shí)的抽樣頻率f及聲波在水管中的傳播速度V 滿足A =v/f的關(guān)系，可見(jiàn)抽樣頻率越局，定位精度也越局。就本實(shí)驗(yàn)所義用的88.2kHz義樣 速率而言，定位誤差僅為0.027m，定位精度非常高，完全可滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。
[0046] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)還在于:通過(guò)振幅衰減法和相關(guān)檢測(cè)法的相結(jié)合，充分利用了振幅 衰減法的方便快捷W及相關(guān)檢測(cè)法精確定位的優(yōu)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了地下管道漏點(diǎn)高效且精準(zhǔn) 的定位。
[0047] W上所述僅是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施方式而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限 審IJ，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)W上實(shí)施方式所做的任何簡(jiǎn)單修改，等同變化與修飾，均 屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于振幅衰減與相關(guān)檢測(cè)相結(jié)合的地下管道漏點(diǎn)定位方法，其特征在于按照以下步 驟進(jìn)行： 步驟1:利用振幅衰減法快速縮小漏點(diǎn)所在范圍，定出其大致位置； 1)振幅衰減法:在待測(cè)金屬管道上設(shè)置兩個(gè)拾音探頭，探頭采集漏點(diǎn)的漏水聲振幅，判 斷漏點(diǎn)大致位置，盡量縮小漏點(diǎn)搜索范圍； a) 漏點(diǎn)在中間:兩探頭相互靠近時(shí)收集到的信號(hào)幅值都在增加； b) 漏點(diǎn)在左探頭左側(cè):兩探頭相互靠近時(shí)，左探頭收集的信號(hào)幅值減小，而右探頭收集 的信號(hào)幅值增大； c) 漏點(diǎn)在右探頭右側(cè):兩探頭相互靠近時(shí)，右探頭收集的信號(hào)幅值減小，而左探頭收集 的信號(hào)幅值增大； 步驟2:利用相關(guān)檢測(cè)法確定出漏點(diǎn)的精確位置； 設(shè)漏水聲分別傳播至左、右探頭的時(shí)間差為t，兩探頭間距為d，聲波在水管中的傳播速 度為V，則左探頭與漏點(diǎn)距離： Xi= (d-v · t)/2〇2. 按照權(quán)利要求1所述基于振幅衰減與相關(guān)檢測(cè)相結(jié)合的地下管道漏點(diǎn)定位方法，其 特征在于:所述兩個(gè)拾音探頭的靈敏度相同。3. 按照權(quán)利要求1所述基于振幅衰減與相關(guān)檢測(cè)相結(jié)合的地下管道漏點(diǎn)定位方法，其 特征在于:所述漏水聲分別傳播至左、右探頭的時(shí)間差為t為： t = n · T = n/f, 系統(tǒng)采樣頻率為f，抽樣間隔T = 1/f，兩路漏水聲信號(hào)傳輸相差η個(gè)抽樣間隔。4. 按照權(quán)利要求1所述基于振幅衰減與相關(guān)檢測(cè)相結(jié)合的地下管道漏點(diǎn)定位方法，其 特征在于:所述聲波在水管中的傳播速度V通過(guò)定標(biāo)得出，方法是定點(diǎn)敲擊水管壁，分別采 集來(lái)自左、右探頭的兩路敲擊聲波形，利用敲擊聲幅度大，持續(xù)時(shí)間短的特點(diǎn)，識(shí)別出兩波 形的相位并測(cè)出時(shí)間差，再結(jié)合已知的探頭間距和敲擊點(diǎn)位置得出。
【文檔編號(hào)】F17D5/06GK105909980SQ201610250216
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月20日
【發(fā)明人】王小懷, 李卓凡, 劉秋武, 李云, 邱勝樺, 馮勝奇, 方海
【申請(qǐng)人】韓山師范學(xué)院