一种液体管道渗漏检测预警装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种液体管道渗漏检测预警装置及方法，采用多点压力监测管道渗漏，所述装置全程实时监测管道内液体压力变化情况，根据多段压力监测数据方差变化统计情况自动建立无泄漏的标准压力波归一化功率密度频谱，并将实时采集的瞬态负压波信号归一化功率密度频谱与无泄漏的标准压力波归一化功率密度频谱做互相关分析，根据该互相关分析计算结果判断识别液体管道渗漏是否发生。本发明专利技术方法抗干扰性强，且以定量计算方式判定渗漏、泄漏是否发生，提高了液体管道渗漏检测的准确率。

An early warning device and method for leakage detection of liquid pipeline

【技术实现步骤摘要】
一种液体管道渗漏检测预警装置及方法
本专利技术涉及液体管道渗漏检测
，特别是涉及一种液体管道渗漏检测预警装置及方法。
技术介绍
常见液体管道渗漏检测方法主要有三种，分别为听音检漏法、声波互相关法和负压波法。其中第一种听音检漏法，是采用音听仪器在沿管线或在管道上的阀门、水表处寻找漏水声，并确定漏水地点的方法。漏水声的大小与水管的特性、周边环境、漏水孔的大小及水压等有关，因此此法受环境干扰程度大，须在夜间进行，且适用于埋深较浅管道，所以应用此法前要掌握管道的详细资料。第二种声波互相关法主要利用流体通过漏隙时会产生流动噪声沿管道传播的原理，通过将两个传感器放在管道的不同位置接收信号，相关检漏仪主机能测出由漏口产生的水波传到传感器的时间差，再利用传感器之间的距离和声波在该管道的传播速度测出漏水位置；该法测定快速准确，但应用于传播声音特性较差管道(如塑料管)或传声特性较差管道间的接口处(如非金属刚性连接处)时，相关检漏仪的检漏效果明显下降。第三种负压波法，该法检测原理为：管道泄漏处将产生瞬态压力突降，形成一个负压波，该波以一定的速度自泄漏点向两端传播，经过若干时间后，分别传播到上下游，上下游压力传感器捕捉到特定的瞬态压力降的波形就可以进行泄漏判断，根据上下游压力传感器接收到此压力信号的时间差和负压波的传播速度就可以定出泄漏点；具体实现方案可参见论文《基于DSP和MCU的管道漏水检测和定位系统研究》，《基于负压波的管道泄漏检测技术的研究》等。然而该负压波法容易受到干扰信号的影响，管道渗漏识别多为频谱分析识别，如采用“频谱结构中存在较为明显的频谱尖峰，则可以判断管道可能存在泄漏”，这种识别易受到干扰信号频谱影响，干扰信号通常具有变化快、振幅小的特点，因此干扰信号频谱很容易形成频谱尖峰造成误判泄漏，渗漏检测识别不能定量计算、判定，准确率不高。并且渗漏点定位需要精准的时间同步，定位误差和同步时间有较大关联，如《基于负压波的管道泄漏检测技术的研究》中提及的“信号被采集，需要在数据中加入由GPS系统提供的时间信息，以便在进行泄漏检测和定位时，其数据起始点能够保持一致”。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种液体管道渗漏检测预警装置及方法，以解决现有的液体管道渗漏检测方法受环境和管道自身结构干扰程度大、检测准确率低的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种液体管道渗漏检测预警装置，所述装置安装在液体管道的进口管入户阀门或出口管出口阀门处；所述装置包括：依次连接的压力传感器、放大电路、模数转换器、DSP处理器以及单片机；所述压力传感器用于测量所述液体管道的压力信号，将所述压力信号转换为压力电流信号并发送至所述放大电路；所述放大电路用于对所述压力电流信号进行放大并转换为压力电压信号，并将所述压力电压信号发送至所述模数转换器；所述模数转换器用于将所述压力电压信号转换为数字压力电压信号并发送至所述DSP处理器；所述DSP处理器用于对所述数字压力信号进行均值、方差、快速傅里叶变换以及功率密度谱分析计算，生成分析计算结果；所述分析计算结果包括标准压力波功率密度频谱和瞬态压力波功率密度频谱；所述单片机用于根据所述分析计算结果判断所述液体管道是否发生漏损。可选的，所述DSP处理器还用于在所述液体管道发生漏损时，对所述数字压力信号进行数字压力信号相关分析计算，生成互相关系数；所述单片机还用于根据所述互相关系数确定所述液体管道的漏损位置。可选的，所述装置还包括阀门驱动电路；所述阀门驱动电路的一端与所述单片机连接，所述阀门驱动电路的另一端与所述入户阀门或所述出口阀门连接；所述阀门驱动电路用于根据所述单片机的指令控制所述入户阀门或所述出口阀门的开/闭。可选的，所述装置还包括与所述单片机连接的WiFi模块、键盘、液晶显示单元、flash存储器以及电源；所述单片机通过所述WiFi模块完成设备间的无线通信，实现数据共享；所述单片机通过所述键盘实现装置基本参数设定；所述单片机通过所述液晶显示单元实现所述装置的运行状态及监测数据的显示；所述单片机通过所述flash存储器完成重要参数的存取；所述电源用于为所述装置的工作提供电能。一种液体管道渗漏检测预警方法，所述方法基于所述的液体管道渗漏检测预警装置，所述方法包括：采用所述液体管道渗漏检测预警装置采集被监测液体管道正常输送状态下的管道内压力数据；所述压力数据包括N个连续采集的数字压力信号；根据所述压力数据确定所述液体管道无泄漏时的标准压力波功率密度频谱；采用所述液体管道渗漏检测预警装置采集所述液体管道的当前压力数据；根据所述当前压力数据确定所述液体管道的瞬态压力波功率密度频谱；根据所述标准压力波功率密度频谱和所述瞬态压力波功率密度频谱判断所述液体管道是否发生漏损。可选的，所述采用所述液体管道渗漏检测预警装置采集被监测液体管道正常输送状态下的管道内压力数据，具体包括：采用所述液体管道渗漏检测预警装置的压力传感器采集所述液体管道正常输送状态下的压力信号，将所述压力信号转换为压力电流信号并发送至所述放大电路；所述放大电路用于对所述压力电流信号进行放大并转换为压力电压信号，并将所述压力电压信号发送至所述模数转换器；所述模数转换器用于将所述压力电压信号转换为数字压力电压信号并发送至所述DSP处理器，作为所述压力数据。可选的，所述根据所述压力数据确定所述液体管道无泄漏时的标准压力波功率密度频谱，具体包括：将所述压力数据中的N个连续采集的数字压力信号分为m组，每组数据点数均为n个，pij表示第i组数据中的第j个数字压力信号数据；其中i＝1，2，3…，m；j＝1，2，3…，n；根据所述压力数据，采用公式计算组内压力数据均值；其中表示第i组数据的组内压力数据均值；根据所述组内压力数据均值采用公式计算组间压力数据均值；其中表示所有压力数据的组间压力数据均值；根据所述组内压力数据均值采用公式计算组内压力数据离方差δ1；根据所述组间压力数据均值采用公式计算组间压力数据离方差δ2；判断δ1＜δs1且δ2＜δs2是否成立，获得第一判断结果；其中δs1为组内压力数据离方差阈值，δs2为组间压力数据离方差阈值；若所述第一判断结果为δ1＜δs1且δ2＜δs2，则采用公式计算所有压力数据相对标准压力Ps的误差δ；判断δ＜δs是否成立，获得第二判断结果；若所述第二判断结果为δ＜δs，则采用公式计算所述液体管道无泄漏时的标准压力波功率密度频谱P0(ω)；其中ω(m)为窗函数；f0(k)为所述压力数据中的第k个数字压力信号；若所述第一判断结果为δ1＜δs1且δ2＜δs2不成立，且所述第二判断结果为δ＜δs也不成立，则返回所述采用所述液体管道渗漏检测预警装置采集被监测液体管道正常输送状态下的管道内压力数据的步骤。可选的，所述根据所述标准压力波功率密度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液体管道渗漏检测预警装置，其特征在于，所述装置安装在液体管道的进口管入户阀门或出口管出口阀门处；所述装置包括：依次连接的压力传感器、放大电路、模数转换器、DSP处理器以及单片机；/n所述压力传感器用于测量所述液体管道的压力信号，将所述压力信号转换为压力电流信号并发送至所述放大电路；/n所述放大电路用于对所述压力电流信号进行放大并转换为压力电压信号，并将所述压力电压信号发送至所述模数转换器；/n所述模数转换器用于将所述压力电压信号转换为数字压力电压信号并发送至所述DSP处理器；/n所述DSP处理器用于对所述数字压力信号进行均值、方差、快速傅里叶变换以及功率密度谱分析计算，生成分析计算结果；所述分析计算结果包括标准压力波功率密度频谱和瞬态压力波功率密度频谱；/n所述单片机用于根据所述分析计算结果判断所述液体管道是否发生漏损。/n

【技术特征摘要】
1.一种液体管道渗漏检测预警装置，其特征在于，所述装置安装在液体管道的进口管入户阀门或出口管出口阀门处；所述装置包括：依次连接的压力传感器、放大电路、模数转换器、DSP处理器以及单片机；
所述压力传感器用于测量所述液体管道的压力信号，将所述压力信号转换为压力电流信号并发送至所述放大电路；
所述放大电路用于对所述压力电流信号进行放大并转换为压力电压信号，并将所述压力电压信号发送至所述模数转换器；
所述模数转换器用于将所述压力电压信号转换为数字压力电压信号并发送至所述DSP处理器；
所述DSP处理器用于对所述数字压力信号进行均值、方差、快速傅里叶变换以及功率密度谱分析计算，生成分析计算结果；所述分析计算结果包括标准压力波功率密度频谱和瞬态压力波功率密度频谱；
所述单片机用于根据所述分析计算结果判断所述液体管道是否发生漏损。


2.根据权利要求1所述的液体管道渗漏检测预警装置，其特征在于，所述DSP处理器还用于在所述液体管道发生漏损时，对所述数字压力信号进行数字压力信号相关分析计算，生成互相关系数；
所述单片机还用于根据所述互相关系数确定所述液体管道的漏损位置。


3.根据权利要求1所述的液体管道渗漏检测预警装置，其特征在于，所述装置还包括阀门驱动电路；所述阀门驱动电路的一端与所述单片机连接，所述阀门驱动电路的另一端与所述入户阀门或所述出口阀门连接；所述阀门驱动电路用于根据所述单片机的指令控制所述入户阀门或所述出口阀门的开/闭。


4.根据权利要求1所述的液体管道渗漏检测预警装置，其特征在于，所述装置还包括与所述单片机连接的WiFi模块、键盘、液晶显示单元、flash存储器以及电源；
所述单片机通过所述WiFi模块完成设备间的无线通信，实现数据共享；
所述单片机通过所述键盘实现装置基本参数设定；
所述单片机通过所述液晶显示单元实现所述装置的运行状态及监测数据的显示；
所述单片机通过所述flash存储器完成重要参数的存取；
所述电源用于为所述装置的工作提供电能。


5.一种液体管道渗漏检测预警方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1所述的液体管道渗漏检测预警装置，所述方法包括：
采用所述液体管道渗漏检测预警装置采集被监测液体管道正常输送状态下的管道内压力数据；所述压力数据包括N个连续采集的数字压力信号；
根据所述压力数据确定所述液体管道无泄漏时的标准压力波功率密度频谱；
采用所述液体管道渗漏检测预警装置采集所述液体管道的当前压力数据；
根据所述当前压力数据确定所述液体管道的瞬态压力波功率密度频谱；
根据所述标准压力波功率密度频谱和所述瞬态压力波功率密度频谱判断所述液体管道是否发生漏损。


6.根据权利要求5所述的液体管道渗漏检测预警方法，其特征在于，所述采用所述液体管道渗漏检测预警装置采集被监测液体管道正常输送状态下的管道内压力数据，具体包括：
采用所述液体管道渗漏检测预警装置的压力传感器采集所述液体管道正常输送状态下的压力信号，将所述压力信号转换为压力电流信号并发送至所述放大电路；
所述放大电路用于对所述压力电流信号进行放大并转换为压力电压信号，并将所述压力电压信号发送至所述模数转换器；
所述模数转换器用于将所述压力电压信号转换为数字压力电压信号并发送至所述DSP处理器，作为所述压力数据。


7.根据权利要求6所述的液体管道渗漏检测预警方法，其特征在于，所述根据所述压力数据确定所述液体管道无泄漏时的标准压力波功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娟，秦伟，
申请(专利权)人：陕西理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61