专利名称：一种地下管线泄漏检测方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明属于管道泄漏检测领域，具体涉及一种利用氢气示踪法检测地下管线泄漏的方法及其装置。
背景技术：
为满足城市、乡村生活和工业领域生产需要，人们在地下铺设了大量管线工程，并利用这些管线输送水、油、蒸汽、燃气(如液化石油气、天然气)工业产品等。这些管线通常为压力管道，新铺设的压力管道在投入使用前，通常需要进行管线检漏，确认其无泄漏以保证运行安全。更多情况下，地下管线投用后，由于管道腐蚀、工程施工等自然或人为原因经常造成泄漏，从而影响到人们日常生活和企业的正常生产，甚至会带来重大经济损失、安全事故、环境破坏等严重后果。对于新敷设地下管线的检漏，目前国内还没有检漏专用设备。对于在运管线泄漏，必须快速准确地找出漏点位置并及时组织现场开挖修复，通常采用的检测方法有流量平衡法、区域测漏法、音听法(参见中国专利ZL94226766.4、ZL200420096839.1及公开号为CN 1808087A的发明专利申请)、相关计算法(参见中国专利ZL200420096159.X)等，使用中在经济性、灵敏度、准确度、检测效果等方面不同程度上存在操作复杂、环境噪声干扰、受测试条件限制检测效果不理想、进口设备昂贵等局限性。如流量平衡法、区域测漏法操作复杂而繁琐，只能判断泄漏管段；对于音听法，受环境噪音干扰及漏声传播路径衰减的影响很大，粘稠流体泄漏产生的微弱信号检出能力较差；对于相关计算法如果对管道长度、材质等参数掌握不确切，使用就很受限制，而且对于噪声传递差的塑料管线和水泥管线查漏困难，且国外进口设备费用昂贵。
中国专利ZL01236193.3公开了一种“充气式电缆氢气探漏仪”，为一种使用氢气示踪法对充气式电缆进行检漏的装置，其采用氢敏探头将检测到的氢气信号转换为电信号直接进行放大指示，没有连续数据储存和任何数字化处理手段，仅仅利用信号幅值作为判据，通过报警提醒检测人员不同浓度氢气含量，使用中只是依靠报警音量变化难于分辨和确定应移动方向，必须不断比较当前位置与刚才位置所接收到的信号强弱，对于不同灵敏度设定或不同位置信号强弱变化难于判断，不能直观的指示漏点位置方向并进行精确定位。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的、可直接地面检测新建或在运各种埋地管道泄漏点的、灵敏度高、可靠性和安全性好、操作方便、可对漏点进行精确定位和指示的管道泄漏检测方法及其装置。
本发明提供一种地下管线泄漏检测方法，包括待测地下管线、氢气示踪气体注入设备和可移动式氢气检漏仪，其特征是(1)标记出待测地下管线基本走向；(2)由氢气示踪气体注入设备向待测地下管线注入一定压力的成分为5％氢气和95％氮气的示踪气体；(3)待示踪气体从漏点逸出到地表面，用可移动式氢气检漏仪的氢敏探头沿管路走向检测氢气信号；(4)氢敏探头将检测到的氢气信号转换为电信号并在可移动式氢气检漏仪内进行A/D转换，变成数字信号；(5)对连续检测到的数字信号进行记忆和分析处理，根据探头移动时检测信号增强还是减弱的变化趋势判断待测管线漏点方位，通过与记忆最大值的比较来判断漏点准确位置；(6)由可移动式氢气检漏仪的指示器显示氢气浓度检测最大值并进行明确的方向和漏点定位指示。
本发明还提供一种采用上述方法的地下管线泄漏检测装置，包括氢气示踪气体注入设备和可移动式氢气检漏仪，其特征是所述的可移动式氢气检漏仪包括氢敏探头、驱动放大单元、A/D转换单元、记忆分析处理单元和指示器；其中所述氢敏探头采用氢敏半导体传感器，传感器的信号输出端与驱动放大单元放大器电路的输入端连接，驱动放大单元的输出端与A/D转换单元的A/D转换器电路输入端连接，A/D转换单元的输出端与记忆分析处理单元的信号输入端连接，记忆分析处理单元的输出信号送至指示器进行检测结果和漏点定位指示。
所述的氢敏半导体传感器采用氢敏钯栅场效应管。
所述氢敏探头底部带有一个自吸泵。
所述的驱动放大单元可由两个恒流源、一个比例积分电路、一个放大电路和电源组成。
所述的放大电路由一个运算放大器、一个调零电路和一个可调增益电路组成。
所述的比例积分电路由一个运算放大器，一个给定电路和比例积分回路组成。
所述的A/D转换单元为常规的A/D转换器电路；其记忆分析处理单元为常规的带存储器的微处理器电路。
所述的指示器是带有相应外围附属电路的LCD液晶显示器、LED发光二极管、扬声器或耳机。
与现有技术相比，本发明的优点是(1)为新建管道打压试验的泄漏点检测及地下压力管线如供水管网、热力管道等的泄漏检测提供了一种新的、经济实用的漏点定位方法。
(2)氢气是所有气体中比重最轻(比空气轻14倍)和粘度最小的气体，氢气分子具有体积小、质量轻、游离向上的特点，能够快速由泄漏处穿透水泥沥青路面、结实的地表层、冰冻的土壤等到达地面而被仪器检测到，因此采用氢气示踪法具有检测灵敏度高、可靠性高的特点。
(3)氢气在地表面的横向扩散很小，埋深1米的管道，其扩散直径范围仅为1.5米，采用高灵敏度的氢敏钯栅场效应管做氢敏探头，确定泄漏部位的误差可控制在0.5米半径之内，既使是埋深3-4米的管道，定位精度也可控制在1米之内。
(4)示踪气体由5％氢气和95％氮气组成，无毒、无味、无腐蚀性，不易燃，因此使用非常安全。
(5)利用数字信号处理的优势，通过对所检测到的氢气信号进行连续记忆、对比、判断，可以直接地、实时地由指示器明确指示出氢敏探头偏离还是接近泄漏点的趋势和应移动方向，最终逼近并到达泄漏点中心(即最高浓度氢气集中处)，提高了检测结果指示的可靠性和直观性，从而提高了检漏效率，减小了检漏工作强度，降低了对检漏装置使用者的经验要求。
(6)本发明尤其适用于地下供水管线的漏点定位，对于金属管线以及采用相关法和音听法较为困难的塑料及水泥管道尤其适用。
(7)本发明的可移动式氢气检漏仪可做成手推车式或便携式，整机体积小，移动检测操作方便。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图1是本发明的检测方法及步骤流程图；图2是使用本发明对地下管线泄漏进行检测时检测装置的连接和指示示意图；图3是可移动式氢气检漏仪的结构原理框图；图4是可移动式氢气检漏仪驱动放大单元实施例的结构框图；图5是可移动式氢气检漏仪驱动放大单元实施例的线路图。
图中1为待测地下管线，2为氢气示踪气体注入设备，3为可移动式氢气检漏仪，4为可移动式氢气检漏仪的氢敏探头，5为可移动式氢气检漏仪的驱动放大单元，6为可移动式氢气检漏仪的A/D转换单元，7为可移动式氢气检漏仪的记忆分析处理单元，8为可移动式氢气检漏仪的指示器。
具体实施例方式
图1中，本发明所提供的地下管线泄漏检测方法，包括地下管线、氢气示踪气体注入设备和可移动式氢气检漏仪，其具体方法是标记出待测地下管线基本走向；由氢气示踪气体注入设备向待测地下管线注入一定压力的成分为5％氢气和95％氮气的示踪气体；
待示踪气体从漏点逸出到地表面，用可移动式氢气检漏仪的氢敏探头沿管路走向检测氢气信号；氢敏探头将检测到的氢气信号转换为电信号并在可移动式氢气检漏仪内进行A/D转换，变成数字信号；对连续检测到的数字信号进行记忆存储和分析处理，根据探头移动时检测信号增强还是减弱的变化趋势判断待测管线漏点的方向，通过与记忆最大值的比较来判断漏点准确位置；由可移动式氢气检漏仪的指示器显示氢气浓度检测结果最大值并进行明确的方向和漏点定位指示。
其中对于新建管道按照施工图纸标记出管路走向，对于旧管路系统应探明并标记基本管路走向图2中，氢气示踪气体注入设备2与待测地下管线1连接，可移动式氢气检漏仪3的氢敏探头4沿待测地下管线1上方地面移动搜索检测，当漏点氢气信号出现并逐渐增强时，指示器8给出向前指示，当漏点氢气信号达到最大值并开始逐渐减弱时，指示器8给出向后指示，当退回到最大值处出现空心圆形显示并记忆该信号强度；此后切换到沿该点左右移动，根据漏点信号逐渐增强还是减弱指示器8分别给出向左/向右信号，当回到最大值点即为最高浓度氢气集中处，指示器8给出泄漏中心定点实心圆形指示，显示氢气浓度检测最大值并给出漏点定位声音报警。
其中氢气示踪气体注入设备通常包括示踪气体气瓶、多种可与管道连接的软管以及气压表、止回阀等适配件。氢气示踪气体的输入压力根据管道压力设计参数，在其正常工作压力范围内控制调整。
对于新敷设管道系统的打压试验，可直接由入口阀门将示踪气体注入管道，用可移动式氢气检漏仪沿管路走向检测示踪气体，根据指示器指示确定漏点后，组织维修处理。
对于在运供水管道，可以采用排空管道法，也可采用有水压力法，即示踪气体以一定压力注入水中形成气泡随水流动，最后从漏点逸出。漏点确定后进行现场开挖，在开挖暴露出的管道上用手持探头准确找到泄漏点，然后组织维修处理。
对于输送液化石油气和天然气的管道，通过入口注入微量的氢气示踪气体，然后再用可移动式氢气检漏仪的氢敏探头沿地面探测，同样可准确找到泄漏点。如果输送的是人工煤气，因其本身就含有大量的氢，可直接用可移动式氢气检漏仪检测。
对于其它工业产品管道，如果确认条件允许，可根据其传输介质物理、化学性质和工作压力范围，采用该方法在运检漏，否则采用管道排空检漏。
图3中，可移动式氢气检漏仪至少包括氢敏探头4、驱动放大单元5、A/D转换单元6、记忆分析处理单元7和指示器8。其中所述氢敏探头4的信号输出端与驱动放大单元5的输入端连接，驱动放大单元5的输出端与A/D转换单元6的A/D转换器电路输入端连接，A/D转换单元6的输出端与记忆分析处理单元7的信号输入端连接，记忆分析处理单元7的输出信号送至指示器8进行检测结果和漏点定位指示。
所述氢敏探头4可采用氢敏半导体传感器。
所述氢敏探头4底部检测气体入口处可加装一个自吸泵，当漏点氢气信号逸出到地面时，自吸入式气泵将漏点氢气吸入，避免有风时空气流动造成漏点氢气的消散，提高检测灵敏度。该自吸泵选用与氢敏探头4气体入口尺寸相适合的常规气泵即可。
所述驱动放大单元5可由两个恒流源、一个比例积分电路、一个放大电路和电源组成。
所述的A/D转换单元6可为常规的A/D转换器电路。
所述记忆分析处理单元7可为常规的带存储器的微处理器电路。
所述的指示器是带有相应外围附属电路的LCD液晶显示器、LED发光二极管、扬声器或耳机。
驱动放大单元5驱动氢敏探头4工作并将所检测到的漏点氢气信号转换为电信号，放大后送到A/D转换单元6进行A/D转换，变成数字信号进入记忆分析处理单元7并被连续存储记忆。漏点氢气信号随着氢敏探头4的移动出现强弱变化，在记忆分析处理单元7中，当前位置信号始终在与前一个采样信号进行比较，如果氢气信号从开始出现到当前位置始终在增长，说明氢敏探头4移动方向正确，指示器8给出继续向前指示，当漏点氢气信号达到最大值并开始逐渐减弱时，说明氢敏探头4当前位置已越过漏点，指示器8给出应退回的向后指示，当再次退回到最大值处时，指示器8给出空心圆形显示并记忆该信号强度；此后切换到沿该点左右移动，并以此点最大信号强度为基准，新的位置信号始终与之相比较，根据漏点信号逐渐增强还是减弱指示器8分别给出向左/向右信号，比如先向右移动，如果信号继续增强，则给出继续向前即向右指示，反之则给出相反方向即向左指示，如此继续直到再次回到指示最大点且该点与被所有被记忆到的信号中的最大值相等，则确认该最大值点即最高浓度氢气集中处，满足判断条件由指示器8给出泄漏中心定点实心圆形指示，显示氢气浓度最大值或发出漏点定位声音报警。
图4中，可移动式氢气检漏仪氢敏探头4的氢敏半导体传感器采用氢敏钯栅场效应管BSQM，所述驱动放大单元5由两个恒流源、一个比例积分电路、一个放大电路和电源组成。氢敏钯栅场效应管的第一个端口与一个恒流源及放大电路的一个输入端连接，氢敏钯栅场效应管的第四个端口与另一个恒流源及比例积分电路的一个输入端连接，比例积分电路的输出与氢敏钯栅场效应管的第二个端口连接，氢敏钯栅场效应管的第三个端口直接与电源连接。电源为电路供电，放大电路的输出端输出漏点氢气模拟信号。
设置恒流源的目的是为氢敏钯栅场效应管提供一个稳定的工作电流，提高其工作稳定性。
比例积分电路可以调整并使得氢敏钯栅场效应管工作在一个适当、稳定的工作温度范围内。
装置电源可采用高容量(如镍氢、锂)可充电电池并保留外供电源接口。
图5中，可移动式氢气检漏仪驱动放大单元5由两个恒流源、一个比例积分电路、一个放大电路和±5伏电源组成。其比例积分电路由一个运算放大器，一个给定电路和比例积分回路组成。其放大电路由一个运算放大器、一个调零电路和一个可调增益电路组成。恒流源电路由稳压二极管Z1、Z2、电阻R1-R6及三极管BG1和BG2构成；电阻R7、可调电阻W1和稳压二极管Z3构成调零电路，放大器IC1、电阻R8、R9、可调电阻W2构成可调增益电路。可调电阻W3构成给定电路，放大器IC2，电阻R10，R11，R12和C1构成比例积分回路。其中+5V电源端分别经稳压二极管Z1、Z2负极和电阻R2、R5与三极管BG1、BG2的b极和e极连接，-5V电源端分别经电阻R1、R4与三极管BG1、BG2的b极连接，三极管BG1、BG2的c极分别经电阻R3、R6与氢敏钯栅场效应管BSQM的1、4端连接，氢敏钯栅场效应管BSQM的3端与-5V电源端连接；+5V电源端经电阻R7与可调电阻W1的1端及稳压二极管Z3的负极连接，可调电阻W1的2端及稳压二极管Z3的正极与-5V电源端连接，其3端经电阻R8与放大器IC1的一个输入正端连接，放大器IC1的另一个输入端与可调电阻W2的1端、可调端3端相接并经电阻R9与氢敏钯栅场效应管BSQM的1端连接，可调电阻W2的2端与放大器IC1的输出端连接，+5V电源端与可调电阻W3的1端连接，-5V电源端与可调电阻W3的2端连接。放大器IC2的一个输入负端经电阻R11与可调电阻W3的3端相接，并经电阻R12与氢敏钯栅场效应管BSQM的4端连接，同时还经电容C1负端、电阻R10与放大器IC2的输出端连接。放大器IC2的另一个输入正端接电源地。放大器IC2的输出端与氢敏钯栅场效应管BSQM的2端连接。
电源采用可快速充电高容量锂电池。
设置调零电路和可调放大增益的电路可以使本发明适应不同的氢敏探头、连接探头的信号传输线长短的不同以及电源电压的波动等。
典型元件参数BG1、BG29012；Z1、Z2、Z32CW21；W11K；W2、W310K；R1、R3、R4、R61-10K；R2、R55-100K；R7100Ω-10K；R8、R910Ω-510K；R10、R11、R125-50K；C11-50μF；BSQMMQ51。
本发明之可移动式氢气检漏仪中所采用的集成电路，运算放大器IC1、IC2可以选用LM324、LM741或与之功能相同或相近的集成电路，A/D转换器型号可以选用TLC0832或与之功能相同或相近的集成电路，记忆分析处理单元可采用常规的带存储器的微处理器电路，如果采用带A/D转换功能的单片机的型号可以选用C8051F020或与之功能相同或相近的微处理器，其它元件无特殊要求。
微处理器的输入信号接线参照所述型号元件管脚使用说明即可。对所采集到的输入漏点信号的连续采样比较的采样周期可选1秒，在微处理器内只需设定逻辑判断条件即当开始采到漏点氢气信号且当前值大于上一采样信号值，且选择沿管线方向，则输出正向箭头信号，反之输出反向箭头信号，并对于该方向上的最大值进行记忆；然后选择垂直管线方向，从沿管线方向上的最大点处开始左右移动，设定逻辑判断条件同前，分别输出左/右箭头信号，当再次回到最大点处，且该点信号强度与所记忆信号最大值比较一致，则判断该点泄漏氢气浓度最大，根据氢气在逸出地面过程中横向扩散很小，基本在地表面分布范围成圆形，中心浓度最大的特点，很容易判断该浓度最大点(须与管线走向定位一致)为精确泄漏点，从而发出指令信号驱动指示器显示泄漏中心实心圆形指示，显示氢气浓度最大值或给出漏点中心声音报警，由工作人员进行定位标记后继续检测或再次重复验证。
上述各功能电路的实现及具体线路构成均为现有的电子电路常规技术，在此不再赘述，具体可参见以上所述型号元件功能说明及管脚名称使用说明书或相关教材(如《模拟电子技术基础》，王济浩编，山东科学技术出版社，2002年3月第一版；《数字电子技术基础》，阎石主编，高等教育出版社，1998年11月第四版)。
由于本发明大量使用数字集成电路，充分利用数字信号处理的优势，通过对所检测到的漏点氢气信号进行连续记忆、对比、判断，可以直接地、实时地由指示器明确指示出氢敏探头偏离还是接近泄漏点的趋势和应移动方向，最终逼近并到达泄漏点中心(即最高浓度氢气集中处)，提高了检测结果指示的可靠性和直观性，从而提高了检漏效率，减小了检漏工作强度，降低了对检漏装置使用者的经验要求。
此外，本发明的可移动式氢气检漏仪可做成手推车式或便携式，由于大量使用集成电路，工作稳定可靠，整机体积小，移动检测操作方便，测试人员略加培训即可正确操作，购置及检测成本低，便于推广和普及。
本发明可广泛用于地下新建管道的打压试验或在运地下居民供水等民用管线及工业管线的泄漏检测。
权利要求
1.一种地下管线泄漏检测方法，包括地下管线、氢气示踪气体注入设备和可移动式氢气检漏仪，其特征是(1)标记出待测地下管线基本走向；(2)由氢气示踪气体注入设备向待测地下管线注入一定压力的成分为5％氢气和95％氮气的示踪气体；(3)待示踪气体从漏点逸出到地表面，用可移动式氢气检漏仪的氢敏探头沿管路走向检测氢气信号；(4)氢敏探头将检测到的氢气信号转换为电信号并在可移动式氢气检漏仪内进行A/D转换，变成数字信号；(5)对连续检测到的数字信号进行记忆和分析处理，根据探头移动时检测信号增强还是减弱的变化趋势判断待测管线漏点方位，通过与记忆最大值的比较来判断漏点准确位置；(6)由可移动式氢气检漏仪的指示器显示氢气浓度检测最大值并进行明确的方向和漏点定位指示。
2.采用权利要求1所述的方法的一种地下管线泄漏检测装置，包括氢气示踪气体注入设备和可移动式氢气检漏仪，其特征是所述的可移动式氢气检漏仪包括氢敏探头、驱动放大单元、A/D转换单元、记忆分析处理单元和指示器；其中所述氢敏探头采用氢敏半导体传感器，传感器的信号输出端与驱动放大单元放大器电路的输入端连接，驱动放大单元的输出端与A/D转换单元的A/D转换器电路输入端连接，A/D转换单元的输出端与记忆分析处理单元的信号输入端连接，记忆分析处理单元的输出信号送至指示器进行检测结果和漏点定位指示。
3.按照权利要求2所述的一种地下管线泄漏检测装置，其特征是所述的氢敏半导体传感器采用氢敏钯栅场效应管；所述的驱动放大单元由两个恒流源、一个比例积分电路、一个放大电路和电源组成。
4.按照权利要求2所述的一种地下管线泄漏检测装置，其特征是所述的氢敏探头底部带有一个自吸泵。
5.按照权利要求2所述的一种地下管线泄漏检测装置，其特征是所述的A/D转换单元为常规的A/D转换器电路；所述的记忆分析处理单元为常规的带存储器的微处理器电路。
6.按照权利要求2所述的一种地下管线泄漏检测装置，其特征是所述的指示器是带有相应外围附属电路的LCD液晶显示器、LED发光二极管、扬声器或耳机。
7.按照权利要求3所述的一种地下管线泄漏检测装置，其特征是所述的放大电路由一个运算放大器、一个调零电路和一个可调增益电路组成，所述的比例积分电路由一个运算放大器，一个给定电路和比例积分回路组成。
8.按照权利要求7所述的一种地下管线泄漏检测装置，其特征是所述的A/D转换单元为常规的A/D转换器电路；所述的记忆分析处理单元为常规的带存储器的微处理器电路；所述的指示器是带有相应外围附属电路的LCD液晶显示器、LED发光二极管、扬声器或耳机。
全文摘要
一种地下管线泄漏检测方法及其装置，属管道泄漏检测领域。其步骤是标记出待测地下管线基本走向；向待测地下管线注入一定压力的成分为5％氢气和95％氮气的示踪气体；用可移动式氢气检漏仪的氢敏探头沿管路走向检测氢气信号；将检测信号转换为电信号并进行A/D转换，变成数字信号；对连续检测到的数字信号进行记忆和分析处理，根据探头移动时检测信号增强还是减弱的变化趋势判断待测管线漏点方位，通过与记忆最大值的比较来判断漏点准确位置；由指示器显示氢气浓度检测最大值并进行明确的方向和漏点定位指示。优点指示直观、可精确定位、减少了检测劳动强度，可广泛应用于新建地下管道的打压试验或在运地下居民供水等民用管线及工业管线的泄漏检测。
文档编号F17D5/02GK1936413SQ20061004837
公开日2007年3月28日 申请日期2006年9月29日 优先权日2006年9月29日
发明者耿玉桐 申请人:淄博思科光电科技有限公司