一种区域管路漏损声波检测阵列的位置设计方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种区域管路漏损声波检测阵列的位置设计方法及系统，方法包括：S1建立区域管路基础数据库、区域内管路漏损参数数据库、麦克风阵列阵元位置数据库；S2选取一阵列内阵元位置设计数据组，计算所选阵列内阵元位置设计数据组对应的麦克风阵列在检测所述区域内管路各漏损情况时的各子检测精度；S3基于所有子检测精度计算得到综合检测精度；S4重复步骤S2~步骤S3，获取所有阵列内阵元位置设计数据组对应的综合检测精度；S5基于成本预算以及所有阵列内阵元位置设计数据组对应的综合检测精度设计麦克风阵列中的阵元数以及各阵元的实际位置。本发明专利技术可在预算范围内，提供一种特定区域范围内管路在任何泄漏情况下均具有较高检测精度的声波检测阵列。有较高检测精度的声波检测阵列。有较高检测精度的声波检测阵列。

【技术实现步骤摘要】
一种区域管路漏损声波检测阵列的位置设计方法及系统


[0001]本专利技术属于漏损声波检测
，具体涉及一种区域管路漏损声波检测阵列的位置设计方法及系统。

技术介绍

[0002]目前存在一种远程的漏损声波检测方式，在特定区域范围内的管路下预先设定一漏损声波麦克风阵列检测装置，通过该漏损声波麦克风阵列检测装置实时检测漏损情况，并将检测结果远程传输至监控室，监控室的人员根据检测结果进行管控。这种远程检测的方式，对于漏损声波麦克风阵列检测装置的检测精度要求较高，因为该区域内可能发生不同位置、不同方向、不同速度等的漏损情况，因此需要该漏损声波麦克风阵列检测装置针对该区域范围内的各种管路漏损情况均具有较高的检测精度，进而该漏损声波麦克风阵列检测装置的设置位置、各阵元的设置位置显得尤为重要。
[0003]目前在已有的漏损声波检测阵列的布阵格局中，包括均匀或非均匀的线阵、平面矩形栅格阵、正多边形阵列及圆孔径阵列，且均有充分应用。也存在相应的阵列重构的研究，例如申请号为CN202210381333.8的中国专利，其公开了一种漏损声波检测阵列的自适应重构组阵方法及系统，其方法包括步骤：S1获取阵列孔径、阵元数目、阵元最小间距；S2基于阵元最小间距，等步长选取一组螺旋线悬臂参数值；S3选取一个螺旋线悬臂参数值，并基于阵列孔径、阵元数目、阵元最小间距、阵元角度和公式，计算得到布阵可优化空间裕量；S4基于阵元间裕量间距向量、布阵可优化空间裕量，计算得到累积裕量占比向量；S5将累积裕量占比向量代入差分进化优化目标函数，进行预设次数迭代，以得到迭代后累积裕量占比向量；S6基于迭代后累积裕量占比向量，计算得到当前选取的螺旋线悬臂参数值对应的布阵方案。该专利技术提高了阿基米德等速螺旋线阵检测效率和精准度以及布阵编码速度和稳健性。但是目前的研究仅针对麦克风阵列声波检测装置自身的检测精度进行提高，针对特定区域的管路或设备进行检测时，无法保证在该设备或管路的任何漏损情况下都具有较高的检测精度。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种区域管路漏损声波检测阵列的位置设计方法及系统，可在成本预算范围内，提供一种特定区域范围内的管路或设备在任何泄漏情况下均具有较高检测精度的麦克风阵列声波检测装置。本专利技术采用以下技术方案：一种区域管路漏损声波检测阵列的位置设计方法，包括步骤：S1、建立区域管路基础数据库、区域内管路漏损参数数据库、麦克风阵列阵元位置数据库，区域管路基础数据库包括区域管路布局数据，区域内管路漏损参数数据库包括若干漏损参数数据组，麦克风阵列阵元位置数据库包括若干阵列内阵元位置设计数据组，区域管路布局数据包括管路布置路线数据、管路直径数据，各漏损参数数据组均包括各自相
应的管路供压数据、泄漏位置数据、泄漏孔直径数据、气体泄漏方向数据、管路内气体密度数据，各阵列内阵元位置设计数据组均包括各自相应的阵元数、各阵元位置数据；S2、选取某一阵列内阵元位置设计数据组，并基于区域管路布局数据、各漏损参数数据组，计算所选阵列内阵元位置设计数据组对应的麦克风阵列在检测所述区域内管路各漏损情况时的各子检测精度；S3、基于所有子检测精度，计算得到综合检测精度；S4、重复步骤S2~步骤S3，直至获取所有阵列内阵元位置设计数据组对应的麦克风阵列的综合检测精度；S5、基于成本预算以及所有阵列内阵元位置设计数据组对应的麦克风阵列的综合检测精度设计麦克风阵列中的阵元数以及各阵元的实际位置。
[0005]作为优选方案，步骤S2中，包括以下步骤：S2.1、选取一漏损参数数据组，并基于区域管路布局数据计算泄漏声源的声压大小；S2.2、基于泄漏位置数据、各阵元位置数据，计算泄漏点到中心阵元的距离以及泄漏声源到各麦克风阵元与中心阵元的时间差；S2.3、基于时间差信息得到各麦克风阵元检测泄漏声源声压的频域表达式；S2.4、基于气体泄漏方向、各麦克风阵元检测泄漏声源声压的频域表达式，计算得到麦克风阵列的方向聚焦性的值；S2.5、基于麦克风阵列的方向聚焦性的值、泄漏声源的声压大小、泄漏点到中心阵元的距离，计算得到所选阵列内阵元位置设计数据组对应的麦克风阵列检测区域管路当前漏损情况时的检测精度。
[0006]作为优选方案，步骤S2.1中，所述泄漏声源的声压大小，计算公式为： ，其中，表示泄漏位置处的流速，表示管路内气体密度，表示马赫数，表示泄漏孔直径；泄漏位置处的流速，计算公式为：，其中，表示管路供压，表示谢才系数，表示泄漏位置到区域内管路起始点位置的管道长度，表示管路直径，表示管路中各管件的局部阻力因素，表示介质的重度，表示重力加速度。
[0007]作为优选方案，步骤S2.2中，所述泄漏点到中心阵元的距离的计算公式为：，其中，为泄漏点位置坐标，为中心阵元位置坐标。
[0008]作为优选方案，步骤S2.2中，所述泄漏声源到各麦克风阵元与中心阵元的时间差，计算公式为：，其中，表示声源到第个麦克风阵元与到中心阵元的时间差，表示单位方向向量，表示单位长度，表示声波入射的方向角，表示声速，表示第个麦克风阵元到中心阵元的距离。
[0009]作为优选方案，步骤S2.3中，包括以下步骤：S2.3.1、基于时间差信息得到各麦克风阵元检测泄漏声源声压的时域表达式；S2.3.2、基于时域表达式进行傅里叶变换，以得到相应的频域表达式。
[0010]作为优选方案，所述时域表达式，公式为：，其中，表示时间，表示第个麦克风阵元接收到的泄漏声源的声压大小，表示除中心阵元以外的麦克风阵元数量；所述频域表达式，公式为：，其中，表示角频率，表示虚数，表示在方向上平面波的波数向量。
[0011]作为优选方案，步骤S2.4中所述麦克风阵列的方向聚焦性的值，计算公式为：，其中，表示气体泄漏方向。
[0012]作为优选方案，步骤S2.5中所选阵列内阵元位置设计数据组对应的麦克风阵列检测区域管路当前漏损情况时的检测精度，计算公式为：，其中，表示在方向的角频率，表示空气密度。
[0013]相应地，还提供了一种区域管路漏损声波检测阵列的位置设计系统，基于上述的一种区域管路漏损声波检测阵列的位置设计方法，包括依次相连的数据库模块、检测精度计算模块、阵元位置设计模块，检测精度计算模块包括相连的子检测精度计算单元、综合检测精度单元，子检测精度计算单元与数据库模块连接，综合检测精度单元与阵元位置设计模块连接；
数据库模块，用于建立区域管路基础数据库、区域内管路漏损参数数据库、麦克风阵列阵元位置数据库，区域管路基础数据库包括区域管路布局数据，区域内管路漏损参数数据库包括若干漏损参数数据组，麦克风阵列阵元位置数据库包括若干阵列内阵元位置设计数据组，区域管路布局数据包括管路布置路线数据、管路直径数据，各漏损参数数据组均包括各自相应的管路供压数据、泄漏位置数据、泄漏孔直径数据、气体泄漏方向数据、管路内气体密度数据，各阵列内阵元位置设计数据组均包括各自相应的阵元数、各阵元位置数据；子检测精度计算单元，用于选取某一阵列内阵元位置设计数据组，并基于区域管路布局数据、各本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种区域管路漏损声波检测阵列的位置设计方法，其特征在于，包括步骤：S1、建立区域管路基础数据库、区域内管路漏损参数数据库、麦克风阵列阵元位置数据库，区域管路基础数据库包括区域管路布局数据，区域内管路漏损参数数据库包括若干漏损参数数据组，麦克风阵列阵元位置数据库包括若干阵列内阵元位置设计数据组，区域管路布局数据包括管路布置路线数据、管路直径数据，各漏损参数数据组均包括各自相应的管路供压数据、泄漏位置数据、泄漏孔直径数据、气体泄漏方向数据、管路内气体密度数据，各阵列内阵元位置设计数据组均包括各自相应的阵元数、各阵元位置数据；S2、选取某一阵列内阵元位置设计数据组，并基于区域管路布局数据、各漏损参数数据组，计算所选阵列内阵元位置设计数据组对应的麦克风阵列在检测所述区域内管路各漏损情况时的各子检测精度；S3、基于所有子检测精度，计算得到综合检测精度；S4、重复步骤S2~步骤S3，直至获取所有阵列内阵元位置设计数据组对应的麦克风阵列的综合检测精度；S5、基于成本预算以及所有阵列内阵元位置设计数据组对应的麦克风阵列的综合检测精度设计麦克风阵列中的阵元数以及各阵元的实际位置。2.根据权利要求1所述的一种区域管路漏损声波检测阵列的位置设计方法，其特征在于，步骤S2中，包括以下步骤：S2.1、选取一漏损参数数据组，并基于区域管路布局数据计算泄漏声源的声压大小；S2.2、基于泄漏位置数据、各阵元位置数据，计算泄漏点到中心阵元的距离以及泄漏声源到各麦克风阵元与中心阵元的时间差；S2.3、基于时间差信息得到各麦克风阵元检测泄漏声源声压的频域表达式；S2.4、基于气体泄漏方向、各麦克风阵元检测泄漏声源声压的频域表达式，计算得到麦克风阵列的方向聚焦性的值；S2.5、基于麦克风阵列的方向聚焦性的值、泄漏声源的声压大小、泄漏点到中心阵元的距离，计算得到所选阵列内阵元位置设计数据组对应的麦克风阵列检测区域管路当前漏损情况时的检测精度。3.根据权利要求2所述的一种区域管路漏损声波检测阵列的位置设计方法，其特征在于，步骤S2.1中，所述泄漏声源的声压大小，计算公式为： ，其中，表示泄漏位置处的流速，表示管路内气体密度，表示马赫数，表示泄漏孔直径；泄漏位置处的流速，计算公式为：，其中，表示管路供压，表示谢才系数，表示泄漏位置到区域内管路起始点位置的管道长度，表示管路直径，表示管路中各管件的局部阻力因素，表示介质的重度，
表示重力加速度。4.根据权利要求3所述的一种区域管路漏损声波检测阵列的位置设计方法，其特征在于，步骤S2.2中，所述泄漏点到中心阵元的距离的计算公式为：，其中，为泄漏点位置坐标，为中心阵元位置坐标。5.根据权利要求4所述的一种区域管路漏损声波检测阵列的位置设计方法，其特征在于，步骤S2.2中，所述泄漏声源到各麦克风阵元与中心阵元的时间差，计算公式为：，其中，表示声源到...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹祖杨，杜子哲，陶慧芳，洪全付，方吉，陈晓丽，侯佩佩，
申请(专利权)人：杭州兆华电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：