本发明涉及管道泄漏检测技术领域，特别是涉及一种听诊球式燃气管道泄漏检测装置及检测方法，用于对管道中燃气泄漏的定性测量。
背景技术：
经过多年的研究发展，各种各样的传感技术应用于燃气管道泄漏检测，如金属漏磁法、超声波法、可燃气体传感法、压力梯度法、负压波法、流量平衡法、传感电缆法、光纤传感法等。综述这些方法，均存在这样那样的不足，如传感电缆法需要和管道一起铺设且其测试是一次性的，若发生管道泄漏，接触到泄漏燃气的传感电缆将失去检测功能，需进行传感电缆更换；可燃气体传感法不能覆盖全部待测管道；负压波法不足之处是对诊断的实时性有非常高的要求，即诊断系统必须能够及时捕捉到泄漏刚发生时产生的负压波信号，否则管道内的压力将达到平衡虽然泄漏还在继续发生但负压波法却已不能进行检测，造成诊断的失败；声发射法系统在大范围中发展一个点式传感器的分布式网络，判断油气管道可能的泄漏位置和类型，其缺点是需要沿管道大量布置传感器，对已有埋地管道来说施工难度大，应用适应性差等。检测方法缺点的存在会使测量系统的适应性和性价比降低，可靠性受到一定的限制。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是：为克服现有声发射技术的不足，提供了一种信息冗余性高、适应性好的听诊球式燃气管道泄漏检测装置及检测方法。
本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种听诊球式燃气管道泄漏检测装置及检测方法，包括听诊头、导声管、听诊球和声发射传感器，所述听诊头、导声管和声发射传感器至少为三组，每组中的所述导声管一端与所述听诊头连接，另一端与所述声发射传感器连接，且所述声发射传感器位于所述听诊球内；使用时，所述检测装置置于被测燃气管道内，且所述听诊头与所述被测燃气管道内壁接触，导声管为柔性支撑，将听诊头支撑在被测燃气管道的内壁上，使听诊头沿被测燃气管道内壁滑动。
优选的，所述听诊头、导声管和声发射传感器为四组且沿听诊球周向均匀分布。周向分布是指位置是位于听诊球被过球心的同一平面所截获得得圆周上。听诊头、导声管和声发射传感器数量可以多，但四个就可以满足测量要求；四个听诊头之间成90度安装；四个声发射传感器之间也同样90度安装；声发射传感器固定在听诊球内部。所有听诊头的规格相同，声发射传感器的规格相同。
一种听诊球式燃气管道泄漏检测方法，包括上述的检测装置，还包括以下步骤：
步骤1：将检测装置置于被测燃气管道内，使听诊头与所述被测燃气管道内壁接触，听诊球在气流的作用下沿被测燃气管道轴线移动，带动听诊头沿被测燃气管道内壁移动；因此，检测时将前述的检测装置整体在上游处放入被测燃气管道中，在下游处捕获即可，无需提供额外的动力装置。
步骤2：当被测管道发生燃气泄漏时，在泄漏点处由于管内外压差，使管道中的流体在泄漏处形成多相湍射流，这一射流不但使流体的正常流动发生紊乱，而且与管道及周围介质相互作用向外辅射能量，在管壁上产生高频应力波，该应力波携带着泄漏点信息沿管壁向两侧传播。听诊球在沿被测管道移动过程中，泄漏处产生的该高频应力波就会被听诊头拾取，然后高频应力波经导声管放大，最后被处于听诊球内的声发射传感器接收，使声发射传感器输出信号发生变化；声发射传感器输出信号大致的情况是接近泄漏点的过程中逐渐变大，远离泄漏点的过程逐渐变小。
步骤3：声发射传感器输出信号融合；传感器数据融合方法采用最小二乘融合算法。
为克服单个传感器的不确定和局限性，提升系统的有效性和准确度，然后分别融合声发射传感器的输出信号，从而可依据融合结果来综合评价燃气管道8的泄漏情况，增强了检测的互补性及可靠性。进行融合时可以采用两两融合，也可以采用三个或者更多个声发射传感器的输出信号进行融合，本实施例中由于采用四个传感器，因此，采用两两一组进行融合，当传感器数量为奇数个时，可以选择其中一组为三个融合。
四个声发射传感器依次定义为声发射传感器1#、声发射传感器2#、声发射传感器3#和声发射传感器4#，相邻声发射传感器之间的夹角为90°，采用最小二乘数据融合算法对对角位置上的两个声发射传感器信号进行融合处理，具体过程如下：
步骤3.1：融合声发射传感器1#和声发射传感器3#的输出信号；
假设声发射传感器1#和声发射传感器3#的输出信号分别为s1和s3，声发射传感器1#和声发射传感器3#的输出信号融合结果采用拟合曲线l13表示，则输出信号分别为s1和s3之间的函数关系可用公式(1)的多项式来拟合：
式中，α0,α1,α2,α3,α4,α5为系数，系数可利用各种已知泄漏l13j(j＝0，1，2，…，n)及其对应的声发射传感器1#和声发射传感器3#的输出信号s1j,s3j(j＝0，1，2，…，n)之间的实验数据库多维回归分析，具体可由最小二乘法计算得到，观测数据与拟合曲线l13偏差的平方和为：
其中，j表示获取α0,α1,α2,α3,α4,α5的过程中实验数据的个数，观测数据是指已知泄漏l13j(j＝0，1，2，…，n)数据。
根据最小二乘法，对公式(2)求偏导并让其等于0，得公式(3)：
k表示分别对α0,α1,α2,α3,α4,α5求取偏导。
由公式(3)获得如下方程组：
解此方程组得α0,α1,α2,α3,α4,α5，从而可以确定拟合曲线l13；
步骤3.2：融合声发射传感器2#和声发射传感器4#的输出信号；
假设声发射传感器2#和声发射传感器4#的输出信号分别为s2和s4，声发射传感器2#和声发射传感器4#的输出信号融合结果采用拟合曲线l24表示，则输出信号分别为s2和s4之间的函数关系可用公式(5)的多项式来拟合：
式中，β0,β1,β2,β3,β4,β5为系数，同步骤3.1中相同，系数也可利用前述的最小二乘法即由各种已知泄漏l24j(j＝0，1，2，…，n)及其对应的声发射传感器2#和声发射传感器4#的输出信号s2j,s4j(j＝0，1，2，…，n)之间的实验数据库多维回归分析得到，从而可以确定拟合曲线l24；
步骤4：依据融合结果l13和l24来综合评价燃气管道的泄漏情况。l13和l24中的一个或两个检测出了泄漏，都判定为泄漏。
本发明的有益效果是：本发明具有听诊技术声发射检测方式。当被测管道发生燃气泄漏时，在泄漏点处由于管内外压差，使管道中的流体在泄漏处形成多相湍射流，这一射流不但使流体的正常流动发生紊乱，而且与管道及周围介质相互作用向外辐射能量，在管壁上产生高频应力波。该应力波携带着泄漏点信息沿管壁向两侧传播，当听诊球沿被测管道移动过程中，该应力波就会被听诊头拾取，然后经导声管放大，被处于听诊球内的多个声发射传感器接收，引起了传感器输出信号的变化，最后通过融合传感器输出信号来综合评价燃气管道的泄漏情况。本发明结构简单、制造成本低、信息冗余性高，可靠性和鲁棒性好。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图中：1.听诊头；2.导声管；3.声发射传感器1#；4.声发射传感器2#；5.声发射传感器3#；6.声发射传感器4#；7.听诊球；8.被测燃气管道。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，本发明的一种听诊球式燃气管道泄漏检测装置，包括听诊头1、导声管2、听诊球7和声发射传感器，本实施例中听诊头1、导声管2和声发射传感器为四组，也可以为三组或者更多组。四个声发射传感器分别为声发射传感器1#3、声发射传感器2#4、声发射传感器3#5和声发射传感器4#6，规格相同的听诊头1上安装导声管2，该导声管2另外一端连接到位于听诊球7内部的声发射传感器1#3～声发射传感器4#6上，相邻声发射传感器之间的夹角为90°，相邻听诊头1之间的夹角也为90°，听诊球7在气流的作用下沿被测燃气管道8轴线移动时，带动听诊头1沿被测燃气管道8内壁移动，检测时将检测装置的硬件整体在上游处放入被测燃气管道8中，在下游处捕获即可。
一种听诊球式燃气管道泄漏检测方法，包括上述的检测装置，还包括以下步骤：
步骤1：将检测装置置于被测燃气管道8内，使听诊头1与所述被测燃气管道8内壁连接，听诊球7在气流作用下沿被测燃气管道8轴线移动，带动听诊头1沿被测燃气管道8内壁移动；因此，检测时将前述的检测装置整体在上游处放入被测燃气管道8中，在下游处捕获即可，无需提供额外的动力装置。
步骤2：当被测管道发生燃气泄漏时，在泄漏点处由于管内外压差，使管道中的流体在泄漏处形成多相湍射流，这一射流不但使流体的正常流动发生紊乱，而且与管道及周围介质相互作用向外辅射能量，在管壁上产生高频应力波，该应力波携带着泄漏点信息沿管壁向两侧传播。听诊球7在沿被测管道移动过程中，泄漏处产生的该高频应力波就会被听诊头1拾取，然后高频应力波经导声管2放大，最后被处于听诊球7内的声发射传感器接收，使声发射传感器输出信号发生变化；声发射传感器输出信号大致的情况是接近泄漏点的过程中逐渐变大，远离泄漏点的过程逐渐变小。
步骤3：声发射传感器输出信号融合；传感器数据融合方法采用最小二乘融合算法。
为克服单个传感器的不确定和局限性，提升系统的有效性和准确度，然后分别融合声发射传感器的输出信号，从而可依据融合结果来综合评价燃气管道8的泄漏情况，增强了检测的互补性及可靠性。进行融合时可以采用两两融合，也可以采用三个或者更多个声发射传感器的输出信号进行融合，本实施例中由于采用四个传感器，因此，采用两两一组进行融合，当传感器数量为奇数个时，可以选择其中一组为三个融合。采用最小二乘数据融合算法对对角位置上的两个声发射传感器信号进行融合处理，具体过程如下：
步骤3.1：融合声发射传感器1#3和声发射传感器3#5的输出信号；
假设声发射传感器1#3和声发射传感器3#5的输出信号分别为s1和s3，声发射传感器1#3和声发射传感器3#5的输出信号融合结果采用拟合曲线l13表示，则输出信号分别为s1和s3之间的函数关系可用公式(1)的多项式来拟合：
式中，α0,α1,α2,α3,α4,α5为系数，系数可利用各种已知泄漏l13j(j＝0，1，2，…，n)及其对应的声发射传感器1#3和声发射传感器3#5的输出信号s1j,s3j(j＝0，1，2，…，n)之间的实验数据库多维回归分析，具体可由最小二乘法计算得到，观测数据与拟合曲线l13偏差的平方和为：
其中，j表示获取α0,α1,α2,α3,α4,α5的过程中实验数据的个数，观测数据是指已知泄漏l13j(j＝0，1，2，…，n)数据。
根据最小二乘法，对公式(2)求偏导并让其等于0，得公式(3)：
k表示分别对α0,α1,α2,α3,α4,α5求取偏导。
由公式(3)获得如下方程组：
解此方程组得α0,α1,α2,α3,α4,α5，从而可以确定拟合曲线l13；
步骤3.2：融合声发射传感器2#4和声发射传感器4#6的输出信号；
假设声发射传感器2#4和声发射传感器4#6的输出信号分别为s2和s4，声发射传感器2#4和声发射传感器4#6的输出信号融合结果采用拟合曲线l24表示，则输出信号分别为s2和s4之间的函数关系可用公式(5)的多项式来拟合：
式中，β0,β1,β2,β3,β4,β5为系数，同步骤3.1中相同，系数也可利用前述的最小二乘法即由各种已知泄漏l24j(j＝0，1，2，…，n)及其对应的声发射传感器2#4和声发射传感器4#6的输出信号s2j,s4j(j＝0，1，2，…，n)之间的实验数据库多维回归分析得到，从而可以确定拟合曲线l24；
步骤4：依据融合结果l13和l24来综合评价燃气管道的泄漏情况。l13和l24中的一个或两个检测出了泄漏，都判定为泄漏。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。