一种基于声波法的输气管道泄露检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于声波法的输气管道泄露检测系统，包括用户终端、云端服务器及沿输气管道设置的若干个检测段，每个检测段处均设置有两个低频声波传感器、两个温度传感器、两个密度传感器、两个压力传感器及两个数字化网络传输仪。本发明专利技术实时性强，灵敏度高，适应能力强，响应时间快，定位精度高，能够实现全天候、实时、异地检测，能够实现对泄漏位置的定位和对泄漏口径大小和形状的判断。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种输气管道泄露检测系统，尤其涉及一种基于声波法的输气管道泄露检测系统及检测方法。
技术介绍
管道输送具有成本低，运输量大，运输稳定，自动化程度高，可在较恶劣环境下连续输送等诸多优点，尤其适用于石油天然气等易燃易爆流体的长距离输送。近年来，世界各国对能源的需求量大大增加，气体管线的建设进入快速发展阶段，自动化水平迅速提高，其中，我国气体管道建设总里程已超过8万千米，但是由于管道设备的老化，地理条件的变化(如滑坡、地震等)以及人为的原因(如施工、盗油等)，管道泄漏事故经常发生。管道一旦发生泄漏，不仅会带来因流体流失而造成的直接经济损失和环境污染，严重情况下，还可能发生爆炸和引起火灾，甚至造成人员伤亡。目前，国内外广泛使用的实时泄漏检测与定位系统大多采用基于负压波的泄漏检测和定位方法，实践表明，这种方法对明显的突发性泄漏的检测与定位具有较好的效果，在实际中发挥了比较好的作用，取得了明显的经济效益和社会效益，但这类方法存在固有的不足：(1)、对明显的突发性泄漏的检测与定位效果比较好，对缓变的小泄漏漏报比较多，定位精度比较差；(2)、对工况平稳的长距离输送管道来说效果比较好，对工况扰动频繁的管道来说，误报比较多；(3)、对性能接近不可压缩流体的液体管道来说效果比较好，对气体管道的泄漏检测与定位效果比较差，甚至基本不可行。而且现有的气体管道泄漏检测系统，普遍采用的是固定式检测站的模式，使用不便。从泄漏被检测出来到采取措施的时间比较长，不能有效的抓住处理泄漏事故的最佳时机。由此可见，现有技术有待于进一步的改进和提高。
技术实现思路
本专利技术为避免上述现有技术存在的不足之处，提供了一种实时性强、灵敏度高、响应速度快且可实现异地检测的基于声波法的输气管道泄露检测系统。气体管道发生泄露时，在管道内外压差的作用下，气体从泄漏口喷射而出，产生强烈的速度和压力脉动，从而产生以四极子声源为主的气动噪声。气体管道泄漏时产生的声波信号，一部分沿着管壁传播，但是由于管壁和外部介质(如土壤、空气等)的互相作用，这部分声波在传播一定距离后就基本上衰减掉，另一部分则沿着管道内的气体传播，不易受到外界环境的干扰。本专利技术即基于气体管道泄漏时声波信号的传递特点所设计。本专利技术所采用的技术方案为：一种基于声波法的输气管道泄露检测系统，包括用户终端、云端服务器及沿输气管道设置的若干个检测段，每个检测段处均设置有两个低频声波传感器、两个温度传感器、两个密度传感器、两个压力传感器及两个数字化网络传输仪，其中，每个检测段内的两个低频声波传感器分别设置在该检测段内的输气管道的两端，各低频声波传感器用于采集该检测段内输气管道中的低频声波信号，并将采集到的低频声波信号进行放大和初步滤波后输送给与该低频声波传感器处于同一检测位置的数字化网络传输仪；每个检测段内的两个温度传感器均设置在该检测段内的输气管道内且分别位于该段输气管道的两侧，各温度传感器均用于测定该检测段内输气管道中介质的温度，并将检测到的温度信号传输给与该温度传感器处于同一检测位置的数字化网络传输仪；每个检测段内的两个密度传感器均设置在该检测段内的输气管道内且分别位于该段输气管道的两侧，各密度传感器均用于测定该检测段内输气管道中介质的密度，并将检测到的密度信号传输给与该密度传感器处于同一检测位置的数字化网络传输仪；每个检测段内的两个压力传感器均设置在该检测段内的输气管道内且分别位于该段输气管道的两侧，各压力传感器均用于测定该检测段内输气管道中介质的压力，并将检测到的压力信号传输给与该压力传感器处于同一检测位置的数字化网络传输仪；数字化网络传输仪，用于将收集到的低频声波信号、温度信号、密度信号、压力信号转换为数字信号，同时将数据保存到本地并在网络畅通时及时将最新数据传输到云端服务器；云端服务器，用于对从数字化网络传输仪传来的数字信号进行信号处理，并利用FSVM算法进行模式识别，通过模式识别提取并分析输气管道泄漏时的低频声波信号的特征量，判断泄露是否发生并确定泄漏口的大小和形状；同时对泄漏时两个低频声波传感器接收到的低频声波信号进行互相关分析，并结合输气管道内的声速，对泄露口的位置实现定位；最终云端服务器将处理完的数据通过无线网络传送给用户终端；用户终端，根据云端服务器传来的数据对输气管道的运行状况进行判断，若发生泄露，则发出报警信号，并给出输气管道泄漏口的位置以及泄漏口的大小和形状。所述云端服务器中设置有数据库，所述数据库中存储有若干个不同泄漏口的大小数据和形状数据及其所对应的泄漏声波信号的特征量，所述泄漏声波信号的特征量是根据理论分析及实验测定所得到的；当实际应用过程中的输气管道发生泄漏时，云端服务器通过模式识别提取出泄漏时的低频声波信号的特征量，并根据此低频声波信号的特征量对数据库中现有的数据进行插值与拟合，进而确定泄漏口的大小和形状，最后人为地测量出该泄漏口的实际大小和形状，并将该测量得到的数据与系统判断出来的数据进行比较，将两者的偏差保存到数据库中；系统内植具有机器自学习功能的算法，可根据上述偏差对数据库中泄漏声波信号的特征量及其所对应的泄漏口的大小数据和形状数据进行修正；当再次发生泄漏时，系统就会根据数据库中新的数据选择新的插值和拟合方法，确定泄漏口的大小和形状，再次人为地测量出此时泄漏口的实际大小和形状，并将该测量得到的数据与系统判断出来的数据进行比较，将两者的偏差保存到数据库中；如此反复进行，判断出泄漏口的大小和形状。将每个检测段内的其中一个低频声波传感器选作基点，作为基点低频声波传感器，与之相对应的另一低频声波传感器作为非基点低频声波传感器；将基点低频声波传感器接收到泄漏声波信号的时间设置为t0，非基点低频声波传感器接收到泄漏声波信号的时间设置为t1，所述泄露口距离发生泄露的检测段内的基点低频声波传感器的位置由下式确定：x=l+vΔt2]]>其中，x为泄漏口距离发生泄露的检测段内的基点低频声波传感器的距离，l为每个检测段内的基点低频声波传感器与非基点低频声波传感器间的距离，v为云端服务器对声速数据进行插值和拟合后所获得的输气管道泄漏时的声速，△t为发生泄露的检测段内的基点、非基点低频声波传感器接收到输气管道泄露时的低频声波信号的时间差；所述泄漏口的位置最终由发生泄露的检测段内的基点低频声波传感器的位置和上述计算所得距离x确定；所述声速v通过下述途径获得：所述数据库内还存储有事先在实验室中测定的不同介质密度、不同介质温度和不同输气管道内压力下的输气管道介质中的声速c的数据，所述云端服务器能够根据实时检测到的输气管道内的介质的密度、介质的温度和输气管道内的压力对数据库中的声速数据进行插值和拟合，即可获得输气管道泄漏时的声速v；所述时间差△t通过下述途径获得：云端服务器对发生泄露的检测段内的基点、非基点低频声波传感器测得的低频声波信号进行互相关分析，能够获得发生泄露的检测段内基点、非基点低频声波传感器接收到的输气管道泄露时的低频声波信号的时间差，并比较t0和t1的大小，当t0>t1时，时间差为正；当t0<t1时，时间差为负；当t0＝t1时，时间差为零。所述用户终端为智能手机、平板电脑或个人计算机。由于采用了上述技术方案，本专利技术所取得的有益效果为：1、本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于声波法的输气管道泄露检测系统，其特征在于，包括用户终端、云端服务器及沿输气管道设置的若干个检测段，每个检测段处均设置有两个低频声波传感器、两个温度传感器、两个密度传感器、两个压力传感器及两个数字化网络传输仪，其中，每个检测段内的两个低频声波传感器分别设置在该检测段内的输气管道的两端，各低频声波传感器用于采集该检测段内输气管道中的低频声波信号，并将采集到的低频声波信号进行放大和初步滤波后输送给与该低频声波传感器处于同一检测位置的数字化网络传输仪；每个检测段内的两个温度传感器均设置在该检测段内的输气管道内且分别位于该段输气管道的两侧，各温度传感器均用于测定该检测段内输气管道中介质的温度，并将检测到的温度信号传输给与该温度传感器处于同一检测位置的数字化网络传输仪；每个检测段内的两个密度传感器均设置在该检测段内的输气管道内且分别位于该段输气管道的两侧，各密度传感器均用于测定该检测段内输气管道中介质的密度，并将检测到的密度信号传输给与该密度传感器处于同一检测位置的数字化网络传输仪；每个检测段内的两个压力传感器均设置在该检测段内的输气管道内且分别位于该段输气管道的两侧，各压力传感器均用于测定该检测段内输气管道中介质的压力，并将检测到的压力信号传输给与该压力传感器处于同一检测位置的数字化网络传输仪；数字化网络传输仪，用于将收集到的低频声波信号、温度信号、密度信号、压力信号转换为数字信号，同时将数据保存到本地并及时将最新数据传输到云端服务器；云端服务器，用于对从数字化网络传输仪传来的数字信号进行信号处理，并利用FSVM算法进行模式识别，通过模式识别提取并分析输气管道泄漏时的低频声波信号的特征量，判断泄露是否发生并确定泄漏口的大小和形状；同时对泄漏时两个低频声波传感器接收到的低频声波信号进行互相关分析，并结合输气管道内的声速，对泄露口的位置实现定位；最终云端服务器将处理完的数据通过无线网络传送给用户终端；用户终端，根据云端服务器传来的数据对输气管道的运行状况进行判断，若发生泄露，则发出报警信号，并给出输气管道泄漏口的位置以及泄漏口的大小和形状。...

【技术特征摘要】
1.一种基于声波法的输气管道泄露检测系统，其特征在于，包括用户终端、云端服务器及沿输气管道设置的若干个检测段，每个检测段处均设置有两个低频声波传感器、两个温度传感器、两个密度传感器、两个压力传感器及两个数字化网络传输仪，其中，每个检测段内的两个低频声波传感器分别设置在该检测段内的输气管道的两端，各低频声波传感器用于采集该检测段内输气管道中的低频声波信号，并将采集到的低频声波信号进行放大和初步滤波后输送给与该低频声波传感器处于同一检测位置的数字化网络传输仪；每个检测段内的两个温度传感器均设置在该检测段内的输气管道内且分别位于该段输气管道的两侧，各温度传感器均用于测定该检测段内输气管道中介质的温度，并将检测到的温度信号传输给与该温度传感器处于同一检测位置的数字化网络传输仪；每个检测段内的两个密度传感器均设置在该检测段内的输气管道内且分别位于该段输气管道的两侧，各密度传感器均用于测定该检测段内输气管道中介质的密度，并将检测到的密度信号传输给与该密度传感器处于同一检测位置的数字化网络传输仪；每个检测段内的两个压力传感器均设置在该检测段内的输气管道内且分别位于该段输气管道的两侧，各压力传感器均用于测定该检测段内输气管道中介质的压力，并将检测到的压力信号传输给与该压力传感器处于同一检测位置的数字化网络传输仪；数字化网络传输仪，用于将收集到的低频声波信号、温度信号、密度信号、压力信号转换为数字信号，同时将数据保存到本地并及时将最新数据传输到云端服务器；云端服务器，用于对从数字化网络传输仪传来的数字信号进行信号处理，并利用FSVM算法进行模式识别，通过模式识别提取并分析输气管道泄漏时的低频声波信号的特征量，判断泄露是否发生并确定泄漏口的大小和形状；同时对泄漏时两个低频声波传感器接收到的低频声波信号进行互相关分析，并结合输气管道内的声速，对泄露口的位置实现定位；最终云端服务器将处理完的数据通过无线网络传送给用户终端；用户终端，根据云端服务器传来的数据对输气管道的运行状况进行判断，若发生泄露，则发出报警信号，并给出输气管道泄漏口的位置以及泄漏口的大小和形状。2.根据权利要求1所述的一种基于声波法的输气管道泄露检测系统，其特征在于，所述云端服务器中设置有数据库，所述数据库中存储有若干个不同泄漏口的大小数据和形状数据及其所对应的泄漏声波信号的特征量，所述泄漏声波信号的特征量是根据理论分析及实验测定所得到的；当实际应用过程中的输气管道发生泄漏时，云端服务器通过模式识别提取出泄漏时的低频声波信号的特征量，并根据此低频声波信号的特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩宝坤，闫成稳，鲍怀谦，王昌田，杨凯迪，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37