管道泄漏检测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种管道泄漏检测方法及系统，为了提高管道泄漏检测精度而设计。本发明专利技术管道泄漏检测方法及系统，分析相邻两组振动传感器采集信号的互功率频谱密度

Pipeline leakage detection method and system

The invention relates to a pipeline leakage detection method and system, which are designed to improve the pipeline leakage detection accuracy. The method and system for detecting pipeline leakage of the invention analyze the mutual power spectrum density of the signals collected by two adjacent groups of vibration sensors

【技术实现步骤摘要】
管道泄漏检测方法及系统
本专利技术涉及管道泄漏检测领域，具体涉及一种管道泄漏检测方法及系统。
技术介绍
地下管网是保障人民生活和经济建设的必要基础设施，对城市发展具有全局性和先导性影响。管道因长年埋地、失修、环境腐蚀等造成的泄漏问题，是当前困扰管道运输业的顽疾。我国城市地下管道多采用金属管材，已进入事故高发阶段；二则，以聚氯乙烯(PVC)和聚乙烯(PE)为主导的塑料管道在补漏、换新时存在着较大的需求空间。然地下管网错综复杂，难以实现泄漏点的准确定位。因此为维护城市地下管道的安全运行，管道漏损检测尤为重要。目前，通常采用声学方法中的相关检漏法对管道泄漏进行检测和定位。当管道发生泄漏时，泄漏声信号往管道上、下游传播，安装在管道上的传感器所采集的泄漏声信号中混有背景噪声及反射声波等干扰信号。一般地相关检漏仪可有效检测到铸铁管的泄漏，但非金属管道中泄漏声信号衰减更大且波速更小，因此选取泄漏声信号有效频段是泄漏点准确定位的关键。管道漏损检测在设备方面需要技术人员携带专业设备，人工初步判断泄漏点位置再布置传感器，检测范围小，操作复杂；在方法方面测得管道泄漏信号的数据后，通常依靠经验选取非频散频段进行分析，对操作人员要求较高，效率低且智能化程度不高。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种固定安装在地下管网实现长期管道健康诊断、泄漏检测及定位，且智能选取信号非频散频段，排除人为选取的误差，提高泄漏定位精度的管道泄漏检测方法及系统。为达到上述专利技术目的，本专利技术管道泄漏检测方法，包括：S11在管道上以预定间距布设振动传感器；S12分析相邻两组振动传感器采集信号的互功率频谱密度的幅值与相位φ(ω)信息，在互功率谱密度的相位谱φ(ω)中，寻找非频散频率段，若找到非频散频率段，则相邻两传感器之间的管道上存在泄漏点；若未找到非频散频率段，则相邻两传感器之间的管道上不存在泄漏点；所述的寻找非频散频率段方法具体包括：S121预设阈值δ及频率段ΔW，对相位谱进行求导计算，表达式为：式中，Δω表示频率分辨率，ωi表示第i个数据点的角频率，i＝1,2,…,N；S122计算两个相邻数据点对应的导数值的差值，将该差值与阈值δ比较，表达式为：φi′+1(ω)-φi′(ω)≤δ，若出现连续区间[φi′(ω),φi′+M(ω)]内相邻的值之间的误差都小于阈值，则选取[iΔω,(i+M)Δω]作为非频散频率段，其中M＝round(ΔW/Δω)，M＜N，round表示四舍五入取整。进一步地，还包括，确定泄漏点的步骤：S21设置FIR滤波器，对所选非频散频率段进行带通滤波，滤波后计算互功率谱密度的傅里叶逆变换，得到互相关函数并根据峰值计算时延ΔT；S22通过定位公式求出泄漏点相对第一传感器的距离，计算方法为：d1＝(D-cΔT)/2其中，D表示两个传感器的管道距离；ΔT为第一传感器减去第二传感器信号的时间差；c表示泄漏声在管道中的传播速度，用如下求得：其中，cf为自由场中管内流体声速；B为流体的体积模量；E为管壁杨氏模量；a,h分别为管壁内径和壁厚。进一步地，管道上预设传感器的间距根据经验设定，所述的预设阈值δ及频率段ΔW根据管材和实际的测量情况确定。为达到上述专利技术目的，本专利技术管道泄漏检测系统，包括：以预定间距布设在管道上的传感器；所述传感器的采集信号依次经过放大器、模/数转换器、可编程控制器处理后输出至处理器，所述处理器包括：非频散频率段判定单元，用于分析相邻两组振动传感器采集信号的互功率谱密度的幅值与相位φ(ω)信息，在互功率谱密度的相位谱φ(ω)中，寻找非频散频率段，具体运行方法包括：对相位谱进行求导计算，表达式为：式中，Δω表示频率分辨率，ωi表示第i个数据点的角频率，i＝1,2,…,N；设置阈值δ及频率段ΔW，若出现连续区间[φi′(ω),φi′+M(ω)]内相邻的值之间的误差都小于阈值，则选取[iΔω,(i+M)Δω]作为非频散频率段，其中M＝round(ΔW/Δω)，M＜N，round表示四舍五入取整；管道泄漏判定单元，用于获取非频散频率段判定单元的输出结果，若找到非频散频率段，则管道泄漏判定单元判定相邻两传感器之间的管道上存在泄漏点；若未找到非频散频率段，则管道泄漏判定单元判定相邻两传感器之间的管道上不存在泄漏点。进一步地，所述处理器电连接GPS单元，所述处理器还包括管道泄漏点定位单元，用于设置FIR滤波器，对所选非频散频率段进行带通滤波，滤波后计算互功率谱密度的傅里叶逆变换，得到互相关函数并根据峰值计算时延ΔT；通过定位公式求出泄漏点相对第一传感器的距离，具体计算公式为：d1＝(D-cΔT)/2式中，D表示两个传感器的管道距离；ΔT为两传感器信号的时间差(时延)；c表示泄漏声在管道中的传播速度，用如下求得：式中，cf为自由场中管内流体声速；B为流体的体积模量；E为管壁杨氏模量；a,h分别为管壁内径和壁厚。进一步地，所述处理器通过锂电池供电，所述处理器通过无线网络通讯连接远程服务器，客户手机端、客户PC端。借由上述方案，本专利技术管道泄漏检测方法及系统至少具有以下优点：本专利技术利用管道泄漏声的“低频窄带”传播特性，智能选取信号非频散频段，基于信号非频散频段的选取结果判定该段管道是否存在泄漏，排除人为选取的误差，提高泄漏定位精度。同时本专利技术可固定安装在地下管网实现长期管道健康诊断、泄漏检测及定位，系统的自动化程度高，检测效率大幅度提升。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1是本专利技术管道泄漏检测方法的流程图；图2是本专利技术管道泄漏检测方法的传感器安装示意图；图3是本专利技术管道泄漏检测方法的相位谱求导流程图；图4是本专利技术管道泄漏检测方法的频段选取流程图；图5是本专利技术管道泄漏检测系统的框图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。本专利技术利用利用管道泄漏声的“低频窄带”传播特性，如果发生泄漏，泄漏信号的互功率谱密度的相位与频率间存在近似的线性关系。据此可对相位求导，若求导结果中在某频段出现小于设定阈值的近似直线，则判定是泄漏频段。实施例1本实施例管道泄漏检测方法，包括：步骤1：沿选取管段布置两个传感器，如图2所示，通过GPS同步授时采集信号，处理器将数据发送至服务器，建立泄漏信号在频域的数学模型，用公式可以表示为：其中L(ω)表示泄漏源的频域信号，Hk(ω,d)表示第k(k＝1,2)个传感器与泄漏源之间的频率响应函数，表示第k个传感器接收到的信号中背景噪声的方差。步骤2：分析两组振动传感器采集信号的互功率谱密度的幅值与相位信息，即：其中表示幅值，单位：W/Hz，φ(ω)表示相位。步骤3：在互功率谱密度的相位谱φ(ω)中，为消除噪声的干扰，需要选择近似线性的非频散频率段，还包括以下步骤：步骤3-1：对相位谱进行求导计算，用公式可以表示为：其中Δω表示频率分辨率，ωi表示第i个数据点的角频率，i＝1,2,…,N。步骤3-2：设置阈值δ及频率段ΔW，若出现连续区间[φi′(ω),φi′+M(ω)]内相邻的值之间的误差都小于阈值，则选取[本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管道泄漏检测方法，其特征在于，包括：S11在管道上以预定间距布设振动传感器；S12分析相邻两组振动传感器采集信号的互功率频谱密度

【技术特征摘要】
1.一种管道泄漏检测方法，其特征在于，包括：S11在管道上以预定间距布设振动传感器；S12分析相邻两组振动传感器采集信号的互功率频谱密度的幅值与相位φ(ω)信息，在互功率谱密度的相位谱φ(ω)中，寻找非频散频率段，若找到非频散频率段，则相邻两传感器之间的管道上存在泄漏点；若未找到非频散频率段，则相邻两传感器之间的管道上不存在泄漏点；所述的寻找非频散频率段方法具体包括：S121预设阈值δ及频率段ΔW，对相位谱进行求导计算，表达式为：式中，Δω表示频率分辨率，ωi表示第i个数据点的角频率，i＝1,2,…,N；S122计算两个相邻数据点对应的导数值的差值，将该差值与阈值δ比较，表达式为：φ′i+1(ω)-φ′i(ω)≤δ，若出现连续区间[φ′i(ω),φ′i+M(ω)]内相邻的值之间的误差都小于阈值，则选取[iΔω,(i+M)Δω]作为非频散频率段，其中M＝round(ΔW/Δω)，M＜N，round表示四舍五入取整。2.根据权利要求1所述的管道泄漏检测方法，其特征在于，还包括，确定泄漏点的步骤：S21设置FIR滤波器，对所选非频散频率段进行带通滤波，滤波后计算互功率谱密度的傅里叶逆变换，得到互相关函数并根据峰值计算时延ΔT；S22通过定位公式求出泄漏点相对第一传感器的距离，计算方法为：d1＝(D-cΔT)/2其中，D表示两个传感器的管道距离；ΔT为第一传感器减去第二传感器信号的时间差；c表示泄漏声在管道中的传播速度，用如下求得：其中，cf为自由场中管内流体声速；B为流体的体积模量；E为管壁杨氏模量；a,h分别为管壁内径和壁厚。3.根据权利要求1所述的管道泄漏检测方法，其特征在于，管道上预设传感器的间距根据经验设定，所述的预设阈值δ及频率段ΔW根据管材和实际的测量情况确定。4.一种管道泄漏检测系统，其特征在于，包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新宏，高艳，王自明，马一凡，
申请(专利权)人：常州常工电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32