一种气体管道泄漏声发射定位方法技术

本发明专利技术公开了一种气体管道泄漏声发射定位方法，涉及输气管道故障诊断技术领域。所述的气体管道泄漏声发射定位方法，通过检测气体管道泄漏声发射，对泄漏点进行定位，对传感器采集到的检测信号互谱加高斯窗，提取泄漏源信号中单一且频散小的模态成分，通过传感器的互相关函数来定位泄漏源的位置，该定位方法减少了多模态导波的干扰，降低了泄漏源定位的误差，提高了泄漏源定位精度，提高了气体管道检修的工作效率；所述定位方法采用LabVIEW开发平台设计气体管道泄漏声发射检测定位虚拟系统，通过选择窗参数，即可提取出选定的单一模态成分，操作简单，适用性强。

Acoustic emission positioning method for leakage of gas pipeline

The invention discloses a sound emission positioning method for leakage of gas pipelines, which relates to the technical field of fault diagnosis of gas pipelines. Acoustic emission positioning method for the leakage of gas pipeline, gas pipeline leak detection by acoustic emission, the localization of leak detection signal of the sensor to collect the spectrum with the Gauss window, leakage and dispersion extraction of single modal components of small signal source, to locate the leak location through the cross-correlation function of sensor the positioning method, reducing the interference of multimode guided waves, reducing the error of leakage localization, improves the localization accuracy, improve the efficiency of maintenance of gas pipeline leakage; acoustic emission detection system of the virtual location method of LabVIEW platform design of gas pipeline using, through the window parameter selection can be extracted. Single mode components selected, simple operation, strong applicability.

【技术实现步骤摘要】
一种气体管道泄漏声发射定位方法
本专利技术属于输气管道故障诊断
，尤其涉及一种气体管道泄漏声发射定位方法。
技术介绍
天然气作为燃料因热值高、清洁，受到世界各国青睐。我国“十二五”规划指出要增加天然气消费，加快全国天然气管道建设，到2015年95％以上城市用上天然气。天然气是易燃易爆有毒气体，一旦发生管道泄漏，将威胁人们的生命财产安全。因此及时发现和定位天然气管道泄漏，对社会可持续发展具有重要意义。目前天然气管道泄漏检测方法主要有管内探测球法、光纤传感器检测法、声学检测法等。管内探测球法利用检测球获得管线内壁缺陷的详细信息来检测定位。但这种检测方法一般适用于大口径管道，对分支多，管径多变的城市天然气管道并不适合。光纤检测法能快速检测微小泄漏，定位精度高。但需要沿管线铺设光纤，对已建管道须重新铺设，成本较高。声学检测方法包括管内音波法和管外声发射检测法。管内音波法，将传感器置于管道气体内，通过检测沿气体传播的泄漏声信号来定位，检测的信号形式简单，声速稳定，通过相关时延定位准确。但这种方法须对管道进行打孔安装传感器，传感器与管内气体接触要求传感器耐高压耐腐蚀。管外声发射检测方法通过采集管壁声信号进行定位，传感器安装方便，泄漏信号易获取，检测成本低。气体管道泄漏声发射信号沿管道传播能量主要集中在管壁。因此，管外声发射检测法对气体管道泄漏检测具有独特的优势。导波在管道内外两边界面的反射和折射会产生模态转换，使导波有多种模态，泄漏信号组成形式复杂。导波在传播过程中存在频散，不同频率的导波波速不同。导波的多模态特性和频散特性使声发射的传播速度随模态成分和频率的不同而不同。对未经分解的泄漏声发射信号进行相关时延分析，并根据泄漏信号能量中起主要作用的模态导波波速计算定位，会产生较大的泄漏定位误差。因此，提取泄漏信号中频散小的单一模态导波进行相关定位非常重要。吴银锋、裴丽莹等人提出利用小波变换提取气体管道泄漏的高能量模态来进行相关时延定位，该方法通过实测声速进行定位，需要3只以上传感器检测泄漏信号；Rewerts等分析充液管道中波传播的频散特性，解析泄漏信号由多种模态导波组成，通过对泄漏源两端检测的声发射信号进行时间-频率变换和时间-空间变换来提取信号的单一模态，对两单一模态信号进行相关分析理论上实现泄漏声发射源的准确定位，但该模态提取方法需要获得两检测点附近±Δ范围内的声发射信号，即实际定位中泄漏源两端的每个检测点附近至少需要两只传感器同时采集信号；焦敬品、何存富等在Rewerts等人模态提取算法的基础上，根据某处传感器接收的导波波形可确定任意位置处的传播波形的原理，利用两只传感器拾取泄漏信号实现声发射单一模态定位，但实验结果显示对于充液管道泄漏，40m以内不同检测距离下，定位相对误差大多在4％以上，最高达13％，其定位误差较大。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种气体管道泄漏声发射定位方法，根据导波理论，对检测信号互谱加窗，提取泄漏源声发射信号(简称泄漏源信号)中单一的且频散小的模态的互谱；对单一模态导波的互谱进行傅立叶反变换，得到互相关函数，从而估计距离差，实现泄漏源定位；通过互谱加高斯窗提取单一模态成分进行定位，减少多模态导波干扰，降低泄漏源定位的误差。本专利技术是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种气体管道泄漏声发射定位方法，包括以下几个步骤：1、建立气体管道泄漏源信号和检测信号模型，检测信号通过气体管道泄漏声发射检测定位系统中泄漏源两端的第一传感器和第二传感器进行采集，所述检测信号包括泄漏源信号和噪声信号；2、对第一传感器和第二传感器采集到的检测信号进行相关性分析，即互谱分析；3、对检测信号的互谱加高斯窗，提取泄漏源信号中单一模态导波成分的互谱，即获得气体管道泄漏源信号频带范围内第i种模态导波成分的互谱；4、泄漏源的定位：通过对第i种模态导波成分的互谱进行傅立叶反变换，获得第一传感器和第二传感器检测信号的互相关函数，从而计算第一传感器和第二传感器到泄漏源的距离，定位计算泄漏源的位置。进一步的，所述气体管道泄漏声发射检测定位系统包括输气管网系统和声发射检测系统。进一步的，所述输气管网系统包括依次连接的空气压缩机，储气罐以及气体管道，所述气体管道上设有放气阀。进一步的，声发射检测系统包括依次连接的传感器、前置放大器、数据采集卡以及信息处理中心，所述传感器包括第一传感器和第二传感器，所述传感器均安装在气体管道外壁上，用于采集沿气体管壁传播的泄漏源声发射信号；所述前置放大器，用于放大传感器的输出信号；所述信息处理中心控制数据采集卡进行数据采集，并对采集到的信号进行分析处理、显示和保存。进一步的，所述检测信号与气体管内压力、泄漏源孔径、泄漏源到传感器的传播距离等因素有关。与现有技术相比，本专利技术所提供的气体管道泄漏声发射定位方法，通过检测气体管道泄漏声发射，对泄漏点进行定位，对传感器采集到的检测信号互谱加高斯窗，提取泄漏源信号中单一且频散小的模态成分，通过传感器的互相关函数来定位泄漏源的位置，该定位方法减少了多模态导波的干扰，降低了泄漏源定位的误差，提高了泄漏源定位精度，提高了气体管道检修的工作效率；所述定位方法采用LabVIEW开发平台设计气体管道泄漏声发射检测定位虚拟系统，通过选择窗参数，即可提取出选定的单一模态成分，操作简单，适用性强。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术的声发射检测系统的结构示意图；图2是本专利技术不同气体管内压力下泄漏源信号频谱图；图3是本专利技术不同泄漏源孔径下泄漏源信号频谱图；图4是本专利技术不同传播距离下泄漏源信号频谱图；图5是本专利技术Φ26.9×2.8mm气体管道频散曲线图；图6是本专利技术未经分解的泄漏源信号定位估计的距离差图；图7是本专利技术提取泄漏源信号中L(0,1)模态定位估计的距离差图；其中：1-第一传感器，2-第二传感器，3-泄漏源，4-气体管道。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术所提供的一种气体管道泄漏声发射定位方法，包括以下几个步骤：1、建立气体管道泄漏源信号和检测信号模型气体管道泄漏产生的声发射信号由多模态导波组成，假设泄漏源信号含有n种模态导波，则泄漏源信号x(t)表示为：其中，su(t)是泄漏源的第u种模态导波，泄漏源信号通过气体管道外壁设置的多个传感器来检测，设泄漏源与其一侧的第一传感器的传播距离为z1，与其另一侧的第二传感器的传播距离为z2，则第一传感器的检测信号由泄漏源信号和噪声组成，根据导波理论，泄漏源信号各种模态导波沿气体管壁传播会产生衰减和时间延迟；泄漏声发射沿管道传播，各模态导波波速不同，泄漏源信号到达检测点的时间延迟也不同，因此，第一传感器的检测信号表示为：其中，α1u、τ1u为泄漏源第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体管道泄漏声发射定位方法，其特征在于：包括以下几个步骤，步骤1：建立气体管道泄漏源信号和检测信号模型，检测信号通过气体管道泄漏声发射检测定位系统中泄漏源两端的第一传感器和第二传感器进行采集，所述检测信号包括泄漏源信号和噪声信号；步骤2：对第一传感器和第二传感器采集到的检测信号进行相关性分析，即互谱分析；步骤3：对检测信号的互谱加高斯窗，提取泄漏源信号中单一模态导波成分的互谱，即获得气体管道泄漏源信号频带范围内第i种模态导波成分的互谱；步骤4：泄漏源的定位：通过对第i种模态导波成分的互谱进行傅立叶反变换，获得第一传感器和第二传感器检测信号的互相关函数，从而计算第一传感器和第二传感器到泄漏源的距离，定位计算泄漏源的位置。

【技术特征摘要】
1.一种气体管道泄漏声发射定位方法，其特征在于：包括以下几个步骤，步骤1：建立气体管道泄漏源信号和检测信号模型，检测信号通过气体管道泄漏声发射检测定位系统中泄漏源两端的第一传感器和第二传感器进行采集，所述检测信号包括泄漏源信号和噪声信号；步骤2：对第一传感器和第二传感器采集到的检测信号进行相关性分析，即互谱分析；步骤3：对检测信号的互谱加高斯窗，提取泄漏源信号中单一模态导波成分的互谱，即获得气体管道泄漏源信号频带范围内第i种模态导波成分的互谱；步骤4：泄漏源的定位：通过对第i种模态导波成分的互谱进行傅立叶反变换，获得第一传感器和第二传感器检测信号的互相关函数，从而计算第一传感器和第二传感器到泄漏源的距离，定位计算泄漏源的位置。2.如权利要求1所述的气体管道泄漏声发射定位方法，其特征在于：所述步骤1中，假设泄漏源信号含有n种模态导波，第一传感器的检测信号由以下公式表示：式中，α1u、τ1u为泄漏源第u种模态导波传播到第一传感器时的衰减因子和时间延迟，n1(t)是第一传感器检测到的噪声，s1(t-τ1u)为泄漏源的第u种模态导波。3.如权利要求1所述的气体管道泄漏声发射定位方法，其特征在于：所述步骤3中的第i种模态导波成分由以下公式表示：式中，βγ2为高斯窗参数，控制窗宽；α1i、α2i分别为泄漏源第i种模态导波传播到第一传感器和第二传感器时的衰减因子；Si(ω0)为在频率ω0处泄漏源的第i种模态导波的频谱，*表示复共轭；ki(ω0)为第i种模态导波的波数，z为泄漏源到第二传感器和到第一传感器的传播距离差；是第i种模态导波互谱在ω0的值，大小是第i种模态导波互谱在ω0的值的C倍。4.如权利要求1所述的气体管道泄漏声发射定位方法，其特征在于：根据所述步骤4中第i种模态导波成分的互谱进行傅立叶反变换，获得的第一传感器和第二传感器检测信号互相关...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨丽丽，李帅永，李伟雄，何明峰，
申请(专利权)人：广西壮族自治区气象技术装备中心，
类型：发明
国别省市：广西,45