【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及信号处理领域，涉及声呐波束形成，声信号检测定位，气体泄漏等理论。
技术介绍
1、我国已建成650多条远距离油气管道，总里程超过10万公里。由于管道建设时间跨度大，部分地段的管道已经运行了40年之久，存在化学腐蚀、外部破损等问题，导致许多管道发生锈蚀、变薄等问题。由于管道内部充满高压油气，管道壁的损伤部位容易发生泄漏。由于我国管道运维技术落后和人力有限，近年来频频发生由管道泄漏引发的爆炸起火事故。
2、为确保能源运输管道的正常工作，不仅是人民安居乐业的基本保障，也是我国能源安全的重要环节。在过去的数十年中，许多机构和学者对管道泄漏检测进行了研究，目前较为主流的监测方法包括管内智能爬行机器人、分布式光纤法和质量体积平衡法等。然而，管内智能爬行机器人造价昂贵，且在检测时可能会对管道壁产生二次损害；分布式光纤法主要使用光纤传感器测量管道的振动、声音、温度等参数，在部署时成本较高，在老旧管道上实现较为困难；质量体积平衡法仅依靠检测某段管道的输入、输出的流量，在泄漏发生时，无法判断泄漏的位置与泄漏规模。
3、阵列信号处理技术目前已被广泛应用于通讯、雷达、声呐、医学、语音信号处理等诸多领域，自上世纪80年代以来，阵列信号处理技术被广泛的应用于声源被动定位的研究，如在潜艇上携带的用于探潜的舷侧阵声呐，在视频会议室内用于定位声源的麦克风阵列，军事中用于反狙击手的声传感器阵列等。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种管道气体泄露量检测方法。
2、本专利技术提出一种管道气体泄露量检测方法，通过麦克风阵列采集管道附近的声场信息，使用阵列信号处理手段对管道漏孔进行定位后，估算出定位漏孔的泄漏量。本专利技术弥补了目前管道泄漏检测中无法定量分析泄漏规模的不足，对能源高效运输与民生安全有重要意义。
3、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案的具体步骤如下：
4、第一步：空气声呐采集声音信号；
5、空气声呐设备包含多个声传感器，其中第i个声传感器接收到的信号xi(t)表示为：
6、xi(t)＝conv(hi(t)，s(t))+ni(t)，i＝1，2，...，n (1)
7、其中conv(·)表示卷积运算，hi(t)是声源与第i个声传感器之间的环境冲激响应，s(t)代表原始信号，ni(t)代表环境噪声，n代表空气声呐中的传感器数目；
8、第二步：计算波束形成功率谱；
9、对采集到的n个通道信号进行检测，使用人工阈值进行门限检测，当确定有漏气信号后，使用波束形成方法进行声源定位；n个声传感器构成接收阵列，每个通道采集到的信号xi(t)与加权向量wi(θ)进行加权求和，得到阵列的输出信号y(t，θ)：
10、
11、n个通道采集到的数据与复加权系数表示为：
12、x(t)＝[x1(t) x2(t)…xn(t)]t (3)
13、w(θ)＝[w1(θ) w(θ)…wn(θ)]t (4)
14、则阵列的输出信号用矢量表示为：
15、y(t，θ)＝wh(θ)x(t)＝xh(t)w(θ) (5)
16、其中，上标“*”表示复共轭算子，上标“t”表示向量或者矩阵的转置，上标“h”表示向量或矩阵的复共轭转置；
17、波束形成的输出功率谱表示为：
18、p(θ)＝e[|y(t，θ)|2]＝wh(θ)rw(θ) (6)
19、其中，e代表期望，r代表原始信号的协方差矩阵；
20、第三步：计算漏孔处声强；
21、选定p(θ)最大值pmax(θ)所对应的角度为漏孔方位，且pmax(θ)表示漏孔方位的声强；
22、由公式(7)计算得到垂直漏孔方向距离漏孔1m处的声强l，单位为db；
23、
24、设定参考距离为1m，d表示空气声呐设备的阵列中心距离漏孔的距离，为参考距离处的功率，因此，垂直漏孔方向距离漏孔1m处的声强l表示为单位为db；
25、第四步：计算雷诺数与孔径大小；
26、拟合公式如下：
27、
28、由拟合公式得知，根据测得的声强l，能够估算出当前的雷诺数re，从而求出漏孔大小r为：
29、
30、其中r表示漏孔直径，单位为m，σ为出口处气体粘度，绝对温度、标准大气压下的气体粘度为1.181×10-5；ρc表示气体密度，单位：kg/m3，vt表示气体流速，单位为m/s，计算公式如下：
31、
32、其中，k表示比热比，对于空气k＝1.4；rg表示气体常数，取值为287.1；t0表示上游处气体温度，单位为k；
33、
34、其中，p1表示管内压强，单位为pa，p0表示环境压强；
35、第五步：计算气体流量为：
36、
37、其中，qm表示气体泄漏量，单位为ml/min；ae为小孔泄漏的实际过流面积，取值为气体泄漏量qm超过阈值门限，则判定气体泄露。
38、所述接收阵列的形状采用十字阵、平面阵或螺旋阵。
39、所述声传感器采用数字麦克风作为空气声呐的声传感器，数字麦克风的频率响应范围为20hz-80khz，灵敏度为-26db，采样频率为96khz，采样位数为16位。
40、所述声传感器的个数选用64或128。
41、本专利技术采用fpga芯片进行多通道声音信号的采集与运算。
42、本专利技术的有益效果在于提出一种管道气体泄露量检测方法，通过麦克风阵列采集管道附近的声场信息，可在非接触的情况下对管道漏孔进行定位，并估算出漏孔当前的泄漏量，解决了当前管道维护中无法进行远距离定量监测的痛点。
43、本专利技术提出方法通过信号处理手段，弥补了目前管道泄漏检测中无法定量分析泄漏程度的不足，可以在管道泄漏早期精确定位漏孔位置并估算泄漏规模，避免经济损失与资源浪费，对能源高效运输与民生安全有重要意义。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种管道气体泄露量检测方法，其特征在于包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的一种管道气体泄露量检测方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的一种管道气体泄露量检测方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的一种管道气体泄露量检测方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的一种管道气体泄露量检测方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种管道气体泄露量检测方法，其特征在于包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的一种管道气体泄露量检测方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的一种管道气体...
【专利技术属性】
技术研发人员：李晓强，张董哲，陈建峰，白吉生，温洋，项彬，
申请(专利权)人：西安联丰迅声信息科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。