專利名稱：漏孔檢測器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及漏孔檢測器，用于檢測并定位供水管中漏孔的位置，尤其是用于檢測并定位塑料，諸如聚乙烯和特別是中等密度聚乙烯(MDPE)供水管中漏孔的位置。尤其是， 本發(fā)明涉及使用互相關漏孔定位檢測器。本發(fā)明還涉及一種方法，用于檢測和定位塑料的， 尤其是聚乙烯諸如中等密度聚乙烯的供水管中漏孔位置。
背景技術：
世界許多地區(qū)中水的利用，在他們嘗試滿足飲用水的需求中正在面對日益增長的挑戰(zhàn)。這是由許多因素造成的，諸如氣候變化、延長的干旱周期、人口增長、遷徙和溫度上升，這些因素對已有水源施加日益增加的壓力。另一個關鍵因素是來自水傳輸和分配網(wǎng)絡的泄漏。泄漏是由于網(wǎng)絡的老化和破壞而出現(xiàn)的，并構成供水網(wǎng)絡中水損耗的主要部分。因此，降低從水源系統(tǒng)的泄漏，是改進水的可持續(xù)使用中極其重要的戰(zhàn)略。供水管中漏孔產(chǎn)生沿在管和管殼內(nèi)的水柱(water column)和包圍管的土壤(沿上游和下游兩個方向)傳播的聲音。該聲音一般被稱為漏孔信號，它包括聲學的和振動的信號兩者。它能夠用聲學漏孔檢測設備，諸如監(jiān)聽桿(listening stick)和相關器被檢測； 一般由水工業(yè)使用。這些漏孔信號能夠被檢測的最高可達距離，取決于管的特征。近年來， 諸如MDPE的塑料管，與較老管材料諸如金屬(鑄鐵等)和水泥相比，由于它們在使用時較低的老化速率，已經(jīng)日益受到偏愛。由泄漏管引起的聲音，在塑料尤其是MDPE管中很快衰減。所以，使用目前可用的聲學發(fā)射檢測系統(tǒng)，檢測和定位諸如聚乙烯的塑料管中的漏孔， 是十分困難的。漏孔的精確定位尤其重要，由于所需要的到達地下管的挖掘工作，所以就時間、費用和涉及找出漏孔的物理努力而言，是昂貴的。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明的第一方面，我們提供一種漏孔檢測器，用于檢測并定位塑料供水管中的漏孔，該漏孔檢測器包括第一傳感器，被安排在第一位置上檢測沿管傳播的漏孔信號；第二傳感器，被安排在與第一位置間隔開的第二位置上檢測沿該管傳播的漏孔信號； 和適合從第一傳感器及第二傳感器接收信號的處理裝置。該處理裝置可以適合從漏孔信號的特征，確定漏孔信號的速度。該處理裝置適合使用該速度和第一傳感器與第二傳感器之間距離，確定漏孔的定位。這是有利的，因為該漏孔檢測器使用從該信號的特征導出的漏孔信號的速度，能精確地檢測和確定在管中漏孔的定位。被傳感器檢測的漏孔信號，包括由漏孔和噪聲信號引起的聲學的和振動的信號。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，盡管有高電平的噪聲信號，該處理裝置是精確的， 并能確定漏孔信號的速度。所以，由漏孔信號的特征和傳感器之間的距離所做出的測量，被用于計算漏孔信號的速度。已知的相關器使用存儲在數(shù)據(jù)庫中的預定速度值。這些預定的經(jīng)驗值，是使用各種不同理論的和/或實驗的方法被計算的。已知相關器中速度的適當值的選定，依賴于用戶輸入的兩個傳感器位置之間管段的尺寸和材料性質。實踐中，水分配網(wǎng)絡有許多管物理性質上的不連續(xù)性和接頭。漏孔信號的速度隨管的這些物理性質變化頗大。因為這些不連續(xù)性，諸如兩個測量位置之間管材料的改變(例如由于修理工作)的不完整記錄，用已有方法，每次進行相關，以精確確定傳播速度，是十分麻煩的。本發(fā)明借助從該信號本身的被測量特征，確定漏孔信號的速度，克服這個問題。該處理裝置使用漏孔信號的相位和頻率之間的線性關系的特征，可以適合確定漏孔信號的速度。這樣做是有利的，因為已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在塑料尤其是MDPE管中，線性相位-頻率關系的使用得到在漏孔信號廣泛存在的頻率范圍中的精確結果。最好是，該特征是漏孔信號的相位和頻率，而該處理裝置可以使用漏孔信號的相位和頻率之間的比值計算該速度。該處理裝置最好被安排成確定第一和第二兩個傳感器上檢測的漏孔信號的傅里葉變換，并還被安排把獲得的傅里葉變換相乘和在確定漏孔信號的速度中使用該被相乘的傅里葉變換。最好是，該第一傳感器和第二傳感器各包括加速度計。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這類傳感器尤其適合測量由諸如MDPE的塑料管中漏孔產(chǎn)生的振動信號。該第一傳感器和第二傳感器最好各包含信號調節(jié)單元和發(fā)送單元，該信號調節(jié)單元被安排對相應傳感器接收的信號濾波，該發(fā)送單元適合向處理裝置發(fā)送該被濾波的信號。這樣做是有利的，因為信號調節(jié)單元能夠對信號濾波，使只有頻率的最有關范圍被發(fā)送到處理裝置。最好是，該信號調節(jié)單元包含其中通帶基本上在760Hz以下的低通濾波器。從所有類型泄漏管導出的漏孔信號的頻譜范圍，通常含有的頻率基本上低于760Hz，從而只有有關的頻率被考慮。漏孔檢測器最好包含發(fā)送單元和接收單元，被安排使第一傳感器和第二傳感器連同它們關聯(lián)的信號調節(jié)單元，能夠對漏孔檢測器的其余部分無線地操作，且其中該發(fā)送單元適合保持由第一傳感器檢測的漏孔信號的相位和保持由第二傳感器檢測的漏孔信號的相位。最好是，該處理裝置適合把從第一傳感器和第二傳感器接收的信號數(shù)字化和存儲。這樣做是有利的，因為獲取信號的周期能夠被設置成依賴于噪聲出現(xiàn)的量，而且因為數(shù)據(jù)已被存儲，它能夠在稍后時間被處理裝置處理，或被處理數(shù)次以確保精確性。處理裝置最好包含精細濾波單元，適合對被數(shù)字化的漏孔信號濾波，該精細濾波單元包括貝塞爾有限脈沖響應(FIR)濾波器。尤其是，該精細濾波單元最好包括第9階貝塞爾低通濾波器和第8階貝塞爾高通濾波器。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，濾波器的這種選擇，對隔離第一和第二傳感器檢測的信號中由漏孔引起的漏孔信號，是有利的。該貝塞爾^R濾波器有線性相位響應，從而對隔離漏孔信號是有用的。最好是，該處理裝置包含開窗口單元，適合把漢寧窗口應用于由第一傳感器獲得的信號，以獲得多個開窗口的信號，并應用于由第二傳感器獲得的信號，以獲得多個開窗口的信號。該開窗口單元適合把來自每一傳感器的漏孔信號分解為適用于傅里葉變換和求平均的多個信號。該處理裝置最好包含變換單元，適合對開窗口信號應用快速傅里葉變換。從第一和第二傳感器始發(fā)的信號，其后能夠在頻域被處理，這樣簡化了處理。該處理裝置最好包含求平均單元，該求平均單元適合于在向每一開窗口信號應用傅里葉變換以后，計算來自第一傳感器的多個開窗口信號的均方根平均；以及在向每一開窗口信號應用傅里葉變換以后，計算來自第二傳感器的多個開窗口信號的均方根平均。該處理裝置最好包含速度確定單元，被安排從漏孔信號的特征和第一傳感器與第二傳感器之間的距離，確定漏孔信號的速度，其中該速度由下面方程式獲得
權利要求
1.一種用于檢測并定位塑料供水管中漏孔的漏孔檢測器，該漏孔檢測器包括第一傳感器，被安排在第一位置上檢測沿管傳播的漏孔信號；第二傳感器，被安排在與第一位置間隔開的第二位置上檢測沿該管傳播的漏孔信號；和適合從第一傳感器及第二傳感器接收信號的處理裝置，該處理裝置適合從漏孔信號特征的測量，確定該信號的速度，并使用該速度和第一傳感器與第二傳感器之間距離，確定漏孔的定位。
2.按照權利要求1的漏孔檢測器，其中該特征是漏孔信號的相位和頻率。
3.按照權利要求1或權利要求2的漏孔檢測器，其中該處理裝置適合使用該漏孔信號的相位和頻率之間線性關系，確定漏孔信號的速度。
4.按照前面權利要求任一項的漏孔檢測器，其中該第一和第二傳感器各包含信號調節(jié)單元和發(fā)送單元，該信號調節(jié)單元被安排對相應傳感器接收的信號濾波，該發(fā)送單元適合向處理裝置發(fā)送該被濾波的信號。
5.按照權利要求4的漏孔檢測器，其中信號調節(jié)單元包含其中通帶基本上在760Hz以下的低通濾波器。
6.按照權利要求4或權利要求5的漏孔檢測器，其中該漏孔檢測器包含發(fā)送單元和接收單元，被安排成使第一傳感器和第二傳感器連同它們關聯(lián)的信號調節(jié)單元，能夠對漏孔檢測器的其余部分無線地操作，且其中該發(fā)送單元適合保持由第一傳感器檢測的漏孔信號的相位和保持由第二傳感器檢測的漏孔信號的相位。
7.按照前面權利要求任一項的漏孔檢測器，其中該處理裝置適合把從第一傳感器和第二傳感器接收的信號數(shù)字化和存儲。
8.按照前面權利要求任一項的漏孔檢測器，其中該處理裝置包含精細濾波單元，適合對被數(shù)字化的漏孔信號濾波，該精細濾波單元包括貝塞爾有限脈沖響應(FIR)濾波器。
9.按照權利要求8的漏孔檢測器，其中該精細濾波單元包括第9階貝塞爾低通濾波器和第8階貝塞爾高通濾波器。
10.按照前面權利要求任一項的漏孔檢測器，其中該處理裝置包含開窗口單元，適合把漢寧窗口應用于從第一傳感器獲得的信號，以獲得多個開窗口的信號，并應用于從第二傳感器獲得的信號，以獲得多個開窗口的信號。
11.按照權利要求10的漏孔檢測器，其中該處理裝置包含變換單元，適合對開窗口信號應用快速傅里葉變換。
12.按照權利要求10或權利要求11的漏孔檢測器，其中該處理裝置包含求平均單元， 該求平均單元適合于在向每一開窗口信號應用傅里葉變換以后，計算來自第一傳感器的多個開窗口信號的均方根平均；以及在向每一開窗口信號應用傅里葉變換以后，計算來自第二傳感器的多個開窗口信號的均方根平均。
13.按照前面權利要求任一項的漏孔檢測器，其中該處理裝置包含速度確定單元，被安排從漏孔信號的特征和第一傳感器與第二傳感器之間距離，確定漏孔信號的速度，其中該速度由下面方程式獲得
14.按照權利要求13的漏孔檢測器，其中該處理裝置包含漏孔定位單元，適合接收由速度確定單元計算的速度，該漏孔定位單元還適合對來自第一傳感器的信號與來自第二傳感器的信號進行互相關，并使用該互相關結果和該速度，計算該漏孔相對于第一傳感器位置或第二傳感器位置的定位。
15.一種檢測塑料管中漏孔位置的方法，包括步驟在沿管的第一位置上監(jiān)聽漏孔信號；在沿管的與第一位置間隔開的第二位置上監(jiān)聽漏孔信號；確定第一位置與第二位置之間的傳感器間隔距離；從信號特征確定漏孔信號的速度；和使用該傳感器間隔距離和速度，識別漏孔的定位。
16.按照權利要求15的方法，其中識別漏孔的定位還包括使用相關函數(shù)確定第一傳感器和第二傳感器位置上接收的漏孔信號之間的時間延遲；和使用該傳感器間隔距離、該速度和該時間延遲，識別漏孔的定位。
17.按照權利要求15的方法，其中該監(jiān)聽指示漏孔的信號的步驟，是在預定測量周期上進行的。
18.按照權利要求15或權利要求16或權利要求17的方法，其中該方法包含對第一位置上獲得的信號與第二位置上接收的信號進行互相關的步驟。
19.按照權利要求15到18中任一項的方法，其中該方法包含通過確定是否有有區(qū)別的峰值已被獲得，確認漏孔已在相關函數(shù)中被檢測的步驟。
20.按照權利要求18的方法，其中的互相關是在OHz和350Hz之間漏孔信號的頻率范圍上進行的。
21.—種基本上按在此參照附圖的

圖1描述的并在該圖1中示出的所闡明類型的漏孔檢測器。
全文摘要
一種漏孔檢測器，用于檢測并定位塑料供水管中的漏孔，該漏孔檢測器包括第一傳感器，被安排在第一位置上檢測沿管傳播的漏孔信號；第二傳感器，被安排在與第一位置間隔開的第二位置上檢測沿該管傳播的漏孔信號；和適合從第一傳感器及第二傳感器接收該信號的處理裝置。該處理裝置可以適合從漏孔信號的特征，確定該信號的速度。該處理裝置適合使用該速度和第一傳感器與第二傳感器之間的距離，確定漏孔的定位。該特征可以是漏孔信號的相位和頻率之間的關系。
文檔編號G01M3/24GK102301216SQ201080005542
公開日2011年12月28日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權日2009年8月19日
發(fā)明者J·弗林特, M·帕爾, N·迪克遜 申請人:水環(huán)純水有限公司