专利名称：可以调节的管道振动信号采集增强装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种管道检漏技术，尤其涉及一种可以调节的管道振动信号采集增强装置。
背景技术：
在各类压力输送管道中，如供水、输油和输气管道，由于各类人为或自然的原因， 管道泄漏时有发生，造成了大量的水、油和气资源的浪费，因此，需要及时发现和准确定位这些管道泄漏情况，并采取措施补救。目前，采用声信号处理方法的各类泄漏检测定位设备在管道泄漏发现和定位中得到了广泛应用，比如听音仪、数字相关仪等，这类设备应用都是采用振动(声)传感器获取泄漏引起的管道振动(声)信号，对采集的信号进行分析和处理，根据采集的振动信号进行泄漏检测和泄漏点定位，分析提取多种信号特征，其中信号的相位和漏点定位直接联系。管道泄漏引起的振动信号将沿着管道以及管道埋设介质(如土壤、沙石等)向远处传播，因此，在地下管道的暴露处(如暴露的管道壁、管道间接口、阀门等)放置振动传感器来获取管道振动信号，目前广泛应用的检测装置中，对于金属管道，通常将一个磁性座和传感器连接在一起，磁性座可直接吸附在金属管壁或阀门上，管道振动通过磁性座传播到振动传感器。磁性座的作用是保证整个振动获取装置能与被测点良好接触，保证管道振动信号传播到传感器中。而对于非金属管道，依靠传感器本身的重力，和管壁紧密接触。这样，在传感器采集管道振动信号时，仅仅采集的是与传感器或者传感器座接触部分管道的振动， 在泄漏检测和定位过程中，由于泄漏引起的振动在管道中传播越远，衰减越大，可能传播到被检测位置时，振动可能已经变得很微弱，而传感器又仅仅只采集到非常有限区域的振动， 这样传感器的输出信号信噪比极低，使得检测性能大为降低甚至不能检测。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，发明人提出了本发明的可以调节的管道振动信号采集增强装置，其结构为该装置由折叠式支架和传感器支架组成；其中，折叠式支架形如扇骨，折叠式支架最外两侧的两根探棒形成扇骨的大骨，折叠式支架内侧的探棒形成扇骨的小骨；大骨、小骨的一端以及传感器支架同轴转动连接；探棒长度从两侧至中部，由长变短。每两根位置对称的探棒长度相同。探棒与管道的接触端为斜面，且每两根位置对称的探棒的斜面倾斜方向相反。连接大骨、小骨和传感器支架的转动轴，在转动轴端部设置有螺栓，大骨、小骨和传感器支架被螺栓压紧。采用永磁材料制作探棒，折叠式支架与管道外壁磁性连接。连接大骨、小骨和传感器支架的转动轴，转动轴与传感器支架的连接位置，介于大骨和小骨之间。
连接大骨、小骨和传感器支架的转动轴，沿转动轴轴向，折叠式支架的厚度，此厚度小于在管道内传播的振动波长的1/6。本发明的有益技术效果是提供了一种新型的管道检漏装置，可将振动汇聚后传递至传感器，使传感器的输入增强，输出信噪比提高，提高了管道泄漏检测定位装置的检测性能；该装置的和管道的接触弧度可调，可适应不同管道尺寸的需要。
图1、本发明展开时的结构示意图； 图2、本发明收折时的结构示意图3、本发明结构中的探棒结构示意图； 图4、本发明装置设置位置示意图。
具体实施例方式本发明中，折叠式支架1的结构与中国传统工艺中的折扇十分类似，为了更好的阐述本发明的方案，我们不妨引入折扇的结构折扇工艺中，将竹制的框架称为“扇骨 (股)”，扇骨上最外两侧的两根粗大的骨架称为大骨，两根大骨之间的骨架称为小骨，大骨和小骨的一端同轴转动连接。本发明的折叠式支架1与扇骨的不同之处在于，折扇扇骨的所有大骨和小骨长度基本是相等的，而本发明中分别构成大骨和小骨的探棒1-1长度是不等的，探棒1-1长度按如下规律分布折叠式支架1最外两侧的两根探棒1-1等长，且为所有探棒1-1中最长的； 越往中部靠近，探棒1-1长度越短，这样设置的目的主要是为了使折叠式支架1展开后的形状与管道外壁贴合；并将每两根位置对称的探棒1-1长度设置为相同，这主要是考虑装置展开后的稳定性。折叠式支架1展开后，最外两侧的两根探棒1-1展开的角度最大，越靠内侧，每两根位置对称的探棒1-1展开的角度越小，展开后，所有探棒1-1与管道接触端的轨迹就在扇面(假设探棒1-1等长时，折叠式支架1展开后的形状就是扇形)上形成了一个内凹的弧形， 通过调整探棒1-1之间的角度，就可以调整前述弧形的尺寸，使得折叠式支架1可以适应多种半径大小的管道，也即达到了可以调节的目的。在连接大骨、小骨和传感器支架的转动轴端部，设置有螺栓，大骨、小骨和传感器支架2被螺栓压紧，压紧后的大骨、小骨和传感器支架2，他们之间的互相转动必须在外力作用下才能进行，大骨、小骨和传感器支架2不会因为自然受力而发生转动。为了使折叠式支架1与管道外壁接触得更好，将探棒1-1与管道的接触端设置为斜面，且每两根位置对称的探棒1-1的斜面倾斜方向相反，展开时，将每两根位置对称的探棒1-1的斜面相对，与管道外壁贴合。可以采用永磁材料制作探棒1-1，探棒1-1吸附在管道外壁，使折叠式支架1与管道外壁磁性连接。如果考虑成本，可以仅在探棒1-1与管道外壁接触的端部(斜面处)采用永磁材料，其余的探棒1-1棒体采用声的良导体材料制作。工作原理由于垂直于管道径向的平面和管道壁相交处各点的振动是相同的，其相位是完全一致的，如果把管道外壁各点的振动进行叠加，由于振动同相，相互之间不会抑制抵消，叠加的结果是振动增强。如果能够把这些点的振动汇集起来进行采集，就可以提高传感器3采集的信号能量，从而提高传感器3输出的信噪比。正是基于前述思路，发明人才提出了本发明的装置，本发明的折叠式支架1实际上是一种应变汇聚放大装置，在折叠式支架1中传播的波，随着垂直于波传播方向的横截面积由大到小变化，波的能量发生汇聚；若本发明装置的上、下端面(上端面即传感器支架 2与传感器3连接的端面，下端面即所有探棒1-1与管道外壁接触位置所近似出的弧面)的面积比为N，下端面所感受的管道振动幅度为A，则根据变幅机构原理可知，在小端面处振动幅度应为gXA，其中g为幅度A被放大的倍数，即在小端面处感受到的振动幅度为大端面所感受到振动幅度的g倍，且在理想条件下，g近似等于N，这一增强了的振动被传递到传感器2，从而达到增强被测振动信号的目的。具体到折叠式支架1来说，所有探棒1-1与管道外壁接触部所形成的轨迹，如果探棒1-1足够多，那么这条轨迹就越接近于一条完整的弧面，当管道泄漏引起管道振动时，与管道表面相接触的探棒1-1首先被激励振动起来，由于与探棒1-1接触的管壁各点振动相位是基本一致的，振动同相，相互之间不会抑制抵消，将各根探棒1-1接收到的振动位移或振幅汇聚起来，叠加在一起并逐渐汇聚到传感器支架2与传感器3接触的平面上，由传感器 3进行采集，上端面区域的振动相对于下端面区域得到了增强，从而使传感器3的输入信号得到增强。连接大骨、小骨和传感器支架2的转动轴，沿转动轴轴向，折叠式支架1的厚度， 理论上，此厚度越小则装置输出的信号效果越好，因为厚度太厚，装置会将不同相位的振动 (沿管道轴向的振动波的相位是渐变的，如果轴向距离相隔太大，相位差异就会变得很大) 同时接收叠加而相互干扰，造成输出信号的效果降低；发明人提出的一种优选方式为此厚度在满足条件“小于在管道内传播的振动波长的1/6”的前提下，只需保证装置能在管道上平稳放置就可以了，这样就能使装置输出信号的信噪比达到一个较好的效果了。具体计算时，折叠式支架1可以等效为一个下底面为内凹的弧面的梯形体，通过对折叠式支架1外形的测量，我们很容易得到如下数值探棒1-1与管道外壁接触部所形成的轨迹的长度(弧长)，以及探棒1-1最远点到上端面(传感器支架2与传感器3的接触面) 的垂向距离，上端面的宽度，相隔最远的两根探棒1-1之间的距离，这就可以计算出上、下端面之间的面积比。为了使传感器支架2更好的传递折叠式支架1传来的振动，将传感器支架2与转动轴的连接位置，设置在转动轴上，大骨和小骨之间的位置。
权利要求
1.一种可以调节的管道振动信号采集增强装置，其特征在于该装置由折叠式支架(1)和传感器支架(2)组成；其中，折叠式支架(1)形如扇骨，折叠式支架(1)最外两侧的两根探棒(1-1)形成扇骨的大骨，折叠式支架(1)内侧的探棒(1-1)形成扇骨的小骨；大骨、小骨的一端以及传感器支架(2)同轴转动连接；探棒(1-1)长度从两侧至中部，由长变短。
2.根据权利要求1所述的可以调节的管道振动信号采集增强装置，其特征在于每两根位置对称的探棒(1-1)长度相同。
3.根据权利要求1所述的可以调节的管道振动信号采集增强装置，其特征在于探棒 (1-1)与管道的接触端为斜面，且每两根位置对称的探棒(1-1)的斜面倾斜方向相反。
4.根据权利要求1所述的可以调节的管道振动信号采集增强装置，其特征在于连接大骨、小骨和传感器支架(2)的转动轴，在转动轴端部设置有螺栓，大骨、小骨和传感器支架(2)被螺栓压紧。
5.根据权利要求1所述的可以调节的管道振动信号采集增强装置，其特征在于采用永磁材料制作探棒(1-1 )，折叠式支架(1)与管道外壁磁性连接。
6.根据权利要求1所述的可以调节的管道振动信号采集增强装置，其特征在于连接大骨、小骨和传感器支架(2)的转动轴，转动轴与传感器支架(2)的连接位置，介于大骨和小骨之间。
7.根据权利要求1所述的可以调节的管道振动信号采集增强装置，其特征在于连接大骨、小骨和传感器支架(2)的转动轴，沿转动轴轴向，折叠式支架(1)的厚度，此厚度小于在管道内传播的振动波长的1/6。
全文摘要
本发明公开了一种可以调节的管道振动信号采集增强装置，该装置由折叠式支架和传感器支架组成；其中，折叠式支架形如扇骨，折叠式支架最外两侧的两根探棒形成扇骨的大骨，折叠式支架内侧的探棒形成扇骨的小骨；大骨、小骨的一端以及传感器支架同轴转动连接；探棒长度从两侧至中部，由长变短。
文档编号F17D5/02GK102174993SQ20111005470
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月8日 优先权日2011年3月8日
发明者文玉梅, 李平, 杨进 申请人:重庆大学