泄漏信号分析方法
【专利摘要】一种用于确定管道的泄漏概率的方法包括：从操作性耦合到管道的泄漏检测传感器分别接收管道的声压(dB)的第一信号数据和第二信号数据，第一信号数据和第二信号数据分别与第一持续时间和第二持续时间相关联。该方法还包括：计算第一信号数据针对第一持续时间的均方根(RMS)值；计算第二信号数据的RMS平均，其中，第二信号数据包括针对第二持续时间的多个RMS值；计算第二数字信号的RMS标准偏差；以及基于第一比较值超过RMS标准偏差的第一超出率来确定第一泄漏概率值，所述第一比较值基于第一信号数据的RMS值和第二信号数据的RMS平均来计算。
【专利说明】泄漏信号分析方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年8月22日提交的申请号为10-2013-0099946的韩国专利申请 的先前申请日的权益以及优先权，其全部内容通过引用合并于此。
【技术领域】
[0003] 本发明涉及泄漏信号分析方法，并且更具体地涉及基于从安装在管道中的泄漏检 测传感器接收的数字信号来判断是否发生泄漏以及评估泄漏位置的泄漏信号分析方法。
【背景技术】
[0004] 水管通常铺设在地下，用于将水供应至建筑物，并且根据破旧状态需要适当的维 修。当水管位于地下时，对于破旧状态的检查通常不容易，破旧管道的泄漏可产生水的浪 费。为了解决此问题，已经开发了各种漏水检测器。
[0005] 韩国专利登记号10-0883446(2009年2月5日）公开了一种利用声音发射的破损 检测系统和方法。所述破损检测系统和方法实时地检测工业设施的内部结构是否被损坏， 有效地从地面上收集的声音发射信号消除不必要的噪声，并且分析所述声音发射信号。
[0006] 韩国专利登记号10-1107085(2012年1月11日）公开了一种泄漏检测装置和方 法。所述泄漏检测装置和方法通过经由从GPS接收器模块接收到的时间信息而执行同步来 检测泄漏，并且通过无线地收集泄漏数据来检测泄漏。因此，所述泄漏检测装置和方法可以 利用较少的泄漏检测传感器来覆盖大的范围，以减少安装成本。
[0007] 所述现有技术总体上公开了经由对声音发射信号的分析来检测是否发生故障以 及故障级别的技术。然而，所述现有技术并未公开关于如何判断是否发生泄漏的细节。
【发明内容】
[0008] 本发明的实施例提出了一种能够基于管道的声波来判断是否发生泄漏的泄漏信 号分析方法。
[0009] 本发明的实施例提出了一种能够确保在基于管道的声波来判断是否发生泄漏时 的可靠性的泄漏信号分析方法。
[0010] 本发明的实施例提出了一种能够在管道中发生泄漏时基于多个传感器的经由管 道传送的声波信息来评估泄漏位置的泄漏信号分析方法。
[0011] 在一些实施例中，在泄漏信号分析服务器上执行泄漏信号分析方法。该方法包括 从泄漏检测传感器接收管道的声压的第一数字信号和第二数字信号以储存第一数字信号 和第二数字信号，第一数字信号和第二数字信号分别是针对第一特定持续时间和第二特定 持续时间确定的，计算第一数字信号的均方根（RMS)值以及第二数字信号的RMS平均和RMS 标准偏差，以及基于第一比较值超过RMS标准偏差的第一超出率来确定第一泄漏概率值， 第一比较值基于数字信号的RMS值以及RMS平均来计算。
[0012] 在一个实施例中，该方法还可以包括：获取第一数字信号的频率分布，以及基于第 一数字信号在频率分布上的大小超过特定阈值的第二超出率来确定第二泄漏概率值。
[0013] 在一个实施例中，该方法还可以包括确定与相关系数成反比的第三泄漏概率值， 相关系数基于获取的频率分布和正常条件的预定频率分布来计算。
[0014] 在一个实施例中，该方法还可以包括通过将加权值分配给第一至第三泄漏概率值 来计算平均值，以及基于计算出的平均值来确定第四泄漏概率值。
[0015] 在一个实施例中，确定第一泄漏概率值可以计算第一数字信号的RMS值与RMS平 均之间相比于RMS标准偏差的第一相似度，并且可以基于参考概率值和计算出的第一相似 度之差来确定第一泄漏概率值。
[0016] 在一个实施例中，确定第二泄漏概率值还可以包括计算第三超出率的泄漏信号强 度（LSI)平均和LSI标准偏差，第二超出率是第二数字信号超过特定阈值，以及基于第二相 似度来确定第二泄漏概率值，第二相似度基于第一超出率和RMS平均相比于计算出的LSI 标准偏差来计算。
[0017] 在一个实施例中，确定第三泄漏概率值可以计算获取的频率分布和正常条件的预 定频率分布之间的皮尔森相关系数，并且可以基于参考概率和皮尔森相关系数之差来确定 第三泄漏概率值。
[0018] 在一个实施例中，确定第一泄漏概率值还可以包括对第一和第二数字信号执行频 率滤波。
[0019] 在一个实施例中，该方法还可以包括通过将第一至第三泄漏概率值中的至少一个 与针对第三特定持续时间确定的相对应的泄漏概率值的几何平均值比较来确定是否发生 泄漏。
[0020] 在一个实施例中，该方法还可以包括通过检查第四泄漏概率值是否超过特定参考 值来判断在管道中是否发生泄漏，以及基于时间差来评估管道的泄漏位置，计算时间差基 于泄漏发生时特定声压到达泄漏检测传感器时的第一时间与所述特定声压到达与所述泄 漏检测传感器相邻的相邻泄漏检测传感器的第二时间。
[0021] 在一个实施例中，评估泄漏位置还可以包括计算从泄漏检测传感器和相邻的泄漏 检测传感器接收的管道的声压的数字信号之间的依时互相关系数，以及基于计算出的互相 关系数来计算时间差。
[0022] 这里，可以通过使用互相关函数来计算互相关系数。
[0023] 在一个实施例中，其中评估泄漏位置可以基于计算出的时间差和依据管道类型的 声速信息来评估泄漏位置。
[0024] 在一个实施例中，其中评估泄漏位置可以计算数字信号在时间差期间的移动距 离，以及可以基于第四比较值来评估泄漏位置，第四比较值基于计算出的移动距离以及泄 漏检测传感器和相邻泄漏检测传感器之间的预定距离来计算。
[0025] 在一个实施例中，其中接收管道的声压的数字信号还可以包括接收针对数字信号 的特定持续时间的分析请求。
[0026] 提供本
【发明内容】
是为了以简化的形式来介绍构思的选择，其在以下【具体实施方式】 中被进一步描述。本
【发明内容】
不旨在认定所要求保护主题的关键特征或必要特征。
[0027] 本发明的实施例可以基于管道的声波来判断是否发生泄漏。
[0028] 本发明的实施例可以确保基于管道的声波来判断是否发生泄漏时的可靠性。
[0029] 本发明的实施例可以在管道中发生泄漏时基于多个传感器的经由管道传送的声 压信息来评估泄漏位置。
【专利附图】
【附图说明】
[0030] 图1是示出泄漏信号分析系统的框图。
[0031] 图2是示出图1的泄漏信号分析服务器的框图。
[0032] 图3是示出图2的泄漏服务模块的框图。
[0033] 图4是说明在泄漏信号分析服务器上执行的泄漏信号分析方法的一个示例实施 例的流程图。
[0034] 图5是说明在泄漏信号分析服务器上执行的泄漏信号分析方法的另一个示例实 施例的流程图。
[0035] 图6是说明管道的声压在频域上的图。
[0036] 图7 (a)是示出互相关系数（cross correlation coefficient)相对于时间的图。
[0037] 图7(b)是示出与水管耦接的传感器的图。
【具体实施方式】
[0038] 本发明的说明仅是结构或功能说明的实施例，因此本发明的范围不应当被解释为 限于实施例中说明的实施例。即，由于在不脱离实施例的特点的情况下可以用若干形式来 实施实施例，因此还应当理解的是，描述的实施例不受前述描述的任何细节所限，除非另外 指明，否则应该在所附权利要求中限定的范围内来广义地解释。因此，落入权利要求范围内 的各种变化和修改或该范围的等同形式旨在被包含在所附权利要求中。
[0039] 本公开中描述的术语可以被理解如下。
[0040] 当诸如"第一"和"第二"等术语可用于描述各种部件时，这些部件不应被理解为 受限于上述术语。上述术语是用于区分一个部件与另一个部件。例如，在不脱离本发明的 权利的范围的情况下，第一部件可以被称作为第二部件，同样地第二部件可以被称作为第 一部件。
[0041] 将理解的是，当一个元件被称作为与另一个元件"连接"时，其可以与另一个元件 直接连接，或还可以存在中间元件。相反，当一个元件被称作为与另一个元件"直接连接" 时，不存在中间元件。另外，除非明确具有相反性描述，否则词语"包括"及其变型将被理解 成表明包括所陈述的元件，但也不排除任何其他元件。同时，描述部件之间关系的其他表 达、诸如"在…之间"、"直接在…之间"或"相邻"和"直接相邻"可以被类似地解释。
[0042] 本公开中的单数形式"一个"和"所述"旨在包括复数形式，除非上下文另有明确 说明。还将理解的是，诸如"包括有"或"具有"等的术语旨在表示说明书中所公开的特征、 数量、操作、动作、部件、部分或其组合的存在，而不意在排除一个或更多个其他特征、数量、 操作、动作、部件、部分或其组合可存在或可被增加的可能性。
[0043] 本申请中使用的术语仅用于描述特定的实施例，而不意在限制本发明。除非另有 限定，否则这里使用的所有术语，包括技术或科学术语，都具有与本发明所属【技术领域】的普 通技术人员所通常理解的相同的含义。如在通用词典中定义的这些术语要被解释成具有与 相关【技术领域】中的语境含义相同的含义，而不被解释成具有不切实际或过分形式的含义， 除非在本申请中被清楚地定义。
[0044] 图1是示出泄漏信号分析系统的框图。在此附图中，泄漏信号分析系统100包括 泄漏检测传感器110、网络设备120和泄漏信号分析服务器130。
[0045] 泄漏检测传感器110根据多个传感器管理模式来操作，并且泄漏检测传感器110 安装在管道10上。在一个实施例中，泄漏检测传感器110安装在管道10上，并且以睡眠模 式、待机模式或操作模式来操作。另外，泄漏检测传感器110可以根据来自泄漏信号分析服 务器130的输入或命令来手动地或自动地测量管道10的声压。
[0046] 在一个实施例中，泄漏检测传感器110可以在睡眠模式中将电源供应至实时时钟 (RTC)，以在特定或需要的时间将传感器管理模式变为待机模式。泄漏检测传感器110可以 在待机模式中将电源供应至用于与网络设备120进行收发的RF模块（或RF调制解调器） 和CPU以开启或启动RF模块（或RF调制解调器）和CPU。泄漏检测传感器110可以在操作 模式中将电源供应至用于测量管道10的声压的传感器（例如，加速传感器、声音发射（AE) 传感器或水中听音器）、AMP和A/D转换器。
[0047] 泄漏检测传感器110可以经由特定的网络设备120将管道10的声压转换成数字 信号以发送至泄漏信号分析服务器130。泄漏检测传感器110可以将特定的网络设备120 与第一通信协议链接以将管道10的声压发送至特定的网络设备120。第一通信协议与RF 模块或RF调制解调器作用，并且声压可以包括转换成数字信号的数据。
[0048] 网络设备120可以将泄漏检测传感器110与第一通信协议链接，以及将泄漏信号 分析服务器130与第二通信协议链接，以执行第一通信协议和第二通信协议之间的转换。
[0049] 在一个实施例中，网络设备120可以将最大距离为500m的泄漏检测传感器110与 第一通信协议链接，以接收从泄漏检测传感器110测量的管道10的声压，或将从泄漏信号 分析服务器130接收的输入或命令发送至泄漏检测传感器110。第一通信协议可以利用RF 通信来实施。
[0050] 在另一个实施例中，网络设备120可以将泄漏信号分析服务器130与第二通信协 议链接，以从泄漏信号分析服务器130接收测量管道10的声压的输入或命令，或将从泄漏 检测传感器110测量的管道10的声压发送至泄漏信号分析服务器130。第二通信协议可以 是移动无线通信协议，诸如蜂窝或Wi-Fi及其他。
[0051] 在一个实施例中，网络设备120可以包括网络节点（例如中继器）和网关。网络 节点可以收集从泄漏检测传感器110发送的数据以发送至网关，以及可以将泄漏信号分析 服务器130的输入或命令发送至泄漏检测传感器110。网关可以将从网络节点发送的数据 发送至泄漏信号分析服务器130,以及可以将从泄漏信号分析服务器130发送的输入或命 令发送至网络节点。
[0052] 泄漏信号分析服务器130可以经由网络设备120从泄漏检测传感器110收集并且 分析管道10的声压的数字信号，以判断是否发生泄漏以及评估泄漏位置。
[0053] 图2是示出图1的泄漏信号分析服务器的框图。在图2中，泄漏信号分析服务器 130包括平台核心模块210、泄漏服务模块220、应用公共模块230、人机接口模块240 (也被 称作为HMI模块）、数据库250和控制单元260。
[0054] 平台核心模块210判断经由网络设备120收集的信息的事件，并且根据事件判断 结果来调用服务逻辑。所述事件可以是泄漏检测传感器110或网络设备120的故障的发生， 或从泄漏检测传感器110对管道10的声压的数字信号的接收。所述服务逻辑可以被应用 至报警事件模块或泄漏分析模块。报警事件模块根据故障的发生产生报警声音，泄漏分析 模块进行判断是否发生泄漏以及评估泄漏位置。
[0055] 平台核心模块210可以经由HMI模块240接收用于管理或控制的设备的信息，以 将接收的信息储存在设施标记映射表中。所述设备可以是泄漏检测传感器110或网络设备 120。例如，平台核心模块210可以接收诸如设备的识别码和地址信息。设施标记映射表可 以是匹配特定设施或特定设备的信息的映射表以储存匹配的信息。
[0056] 平台核心模块210可以在经由人机接口（HMI)执行事件信息的注册时接收并且注 册事件信息，以及可以选择在接收事件值的识别请求时执行的服务逻辑，并且将选择的服 务逻辑调用至泄漏服务模块220。
[0057] 泄漏服务模块220借助于收集参考来将经由平台核心模块210收集的数据分类， 判断是否发生泄漏，以及评估泄漏位置和储存泄漏分析结果。另外，泄漏服务模块220可以 监控和管理与泄漏信号分析系统100相关的设施。
[0058] 应用公共模块230集成并提供在泄漏服务模块220中应用的公共功能。应用公共 模块230设置诸如工作范围和菜单管理的基本信息，或执行消息管理、报警声管理、标准操 作过程管理、事件信息管理和集成设施管理。
[0059] HMI模块240提供用于与泄漏信号分析服务器130链接的泄漏检测传感器110的 设备注册和管理的HMI。例如，HMI可以包括显示器、声音识别单元、声音输出单元、键盘和 鼠标。
[0060] 数据库250储存设施标记映射表、从泄漏检测传感器110接收的声压的数字信号、 泄漏分析结果、以及泄漏检测传感器110的标准操作过程。
[0061] 控制单元260控制平台核心模块210、泄漏服务模块220、应用公共模块230、HMI 模块240和数据库250之间的数据流。
[0062] 图3是示出图2的泄漏服务模块的框图。如在图3中所示，泄漏服务模块220包 括收集模块310、泄漏分析模块320和报警事件模块330。
[0063] 收集模块310储存经由平台核心模块210收集的信息之中的与设施条件相关的信 息，并且在设备故障和通信错误时根据报警事件条件来产生事件。
[0064] 收集模块310包括传感器声压收集单元311和设施条件信息收集单元312。传感 器声压收集单元311储存管道的声压的数字信号，并且判断收集模块310是否调用泄漏分 析模块320。设施条件信息收集单元312储存设施条件的信息，并且在设备故障或通信错误 的情况下将相对应的信息提供至报警事件模块330。
[0065] 泄漏分析模块320判断是否发生泄漏，并且基于经由收集模块310收集的数字信 号来评估泄漏位置。泄漏分析模块320包括泄漏分析请求单元321、泄漏判断单元322、泄 漏位置评估单元323和泄漏结果储存单元324。
[0066] 泄漏分析请求单元321经由HMI模块240接收泄漏分析请求或在收集模块310中 收集的数字信号，以将接收的数字数据或泄漏分析请求提供至泄漏判断单元322和泄漏位 置评估单元323。
[0067] 当泄漏判断单元322接收泄漏分析请求时，泄漏判断单元322基于数字信号来确 定泄漏概率值。更详细地，泄漏判断单元322确定数字信号的第一特定持续时间和第二特 定持续时间。所述数字信号包括第一数字信号（例如，数据信号）和第二数字信号（例如， 数据信号），第一数字信号是在第一特定持续时间中收集的，第二数字信号是在第二特定持 续时间中收集的。泄漏判断单元322计算第一数字信号的RMS值，以及第二数字信号的RMS 平均和RMS标准偏差，并且基于第一数字信号的RMS值与RMS平均超过RMS标准偏差的超 出率（excess rate)来确定第一泄漏概率值。
[0068] 第一特定持续时间可以是收集声压的数字信号的最近时间，第二特定持续时间可 以是一组特定持续时间。例如，第一特定持续时间可以是收集声压的第一数字信号的2-4 小时，第二特定持续时间可以对应于过去30天或其他持续时间期间每天的一组多个2-4小 时。
[0069] 泄漏判断单元322可以根据以下式1至式3来计算与第一数字信号的强度相对应 的RMS值，以及第二数字信号的RMS平均和标准偏差。
[0070]式 1 :
【权利要求】
1. 一种用于确定管道的泄漏概率的方法，所述方法包括： 从操作性地耦接到所述管道的泄漏检测传感器分别接收所述管道的声压（dB)的第一 信号数据和第二信号数据，所述第一信号数据和所述第二信号数据分别与第一持续时间和 第二持续时间相关联； 计算所述第一信号数据针对所述第一持续时间的均方根值； 计算所述第二信号数据的均方根平均，其中，所述第二信号数据包括针对所述第二持 续时间的多个值； 计算所述第二信号的均方根标准偏差；以及 基于第一比较值超过所述均方根标准偏差的第一超出率来确定第一泄漏概率值，所述 第一比较值基于所述第一信号数据的所述均方根值和所述第二信号数据的所述均方根平 均来计算。
2. 如权利要求1所述的方法，还包括： 获取所述第一信号数据的频率分布；以及 基于所述第一信号数据在所述频率分布上的大小超过特定阈值的第二超出率来确定 第二泄漏概率值。
3. 如权利要求2所述的方法，还包括： 确定与相关系数成反比的第三泄漏概率值，所述相关系数基于获取的所述频率分布和 正常条件的预定频率分布来计算。
4. 如权利要求3所述的方法，其中，确定所述第三泄漏概率值包括： 计算获取的所述频率分布和所述正常条件的预定频率分布之间的皮尔森相关系数；以 及 基于参考概率和所述皮尔森相关系数之差来确定所述第三泄漏概率值。
5. 如权利要求3所述的方法，还包括： 经由将加权值分配给所述第一泄漏概率值至所述第三泄漏概率值来计算平均值；以及 基于计算出的所述平均值来确定第四泄漏概率值。
6. 如权利要求3所述的方法，还包括： 通过将所述第一泄漏概率值至所述第三泄漏概率值中的至少一个与针对第三特定持 续时间而确定的相对应的泄漏概率值的几何平均值进行比较，来判断在所述管道中是否发 生泄漏。
7. 如权利要求2所述的方法，其中，确定所述第二泄漏概率值还包括： 计算第三超出率的泄漏信号强度平均和泄漏信号强度标准偏差，所述第三超出率是所 述第二信号数据超过所述特定阈值；以及 基于第二相似度来确定所述第二泄漏概率值，所述第二相似度基于所述第一超出率和 所述均方根平均相比于计算出的所述泄漏信号强度标准偏差来计算。
8. 如权利要求5所述的方法，还包括： 通过检查所述第四泄漏概率值是否超过特定参考值来判断在所述管道中是否发生泄 漏；以及 基于时间差来评估所述管道的泄漏位置，所述时间差基于特定声压到达所述泄漏检测 传感器时的第一时间与所述特定声压到达与所述泄漏检测传感器相邻的相邻泄漏检测传 感器时的第二时间来计算。
9. 如权利要求8所述的方法，其中，评估所述泄漏位置包括： 计算从所述泄漏检测传感器和所述相邻泄漏检测传感器接收的所述管道的声压的信 号数据之间的依时互相关系数；以及 基于计算出的所述互相关系数来计算所述时间差。
10. 如权利要求9所述的方法，其中，所述互相关系数是利用互相关函数来计算的。
11. 如权利要求9所述的方法，其中，评估所述泄漏位置包括： 基于计算出的所述时间差和依据所述管道的类型的声速信息来评估所述泄漏位置。
12. 如权利要求9所述的方法，其中，评估所述泄漏位置包括： 计算所述第一信号数据和所述第二信号数据在所述时间差期间的移动距离；以及 基于第四比较值来评估所述泄漏位置，所述第四比较值基于计算出的所述移动距离以 及所述泄漏检测传感器与所述相邻泄漏检测传感器之间的预定距离来计算。
13. 如权利要求1所述的方法，其中，确定所述第一泄漏概率值包括： 计算所述第一信号数据的所述均方根值与所述均方根平均之间相比于所述第二信号 数据的所述均方根标准偏差的第一相似度；以及 基于参考概率值和计算出的所述第一相似度之间的差来确定所述第一泄漏概率值。
14. 如权利要求1所述的方法，其中，确定所述第一泄漏概率值还包括：对所述第一信 号数据和所述第二信号数据执行频率滤波。
15. 如权利要求1所述的方法，其中，接收所述第一信号数据和所述第二信号数据包 括： 接收针对所述第一信号数据和所述第二信号数据的特定持续时间的分析请求。
【文档编号】F17D5/06GK104421620SQ201410419889
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2013年8月22日
【发明者】赵相雄, 朴喆淳, 徐淑莲, 安锺必 申请人:乐金信世股份有限公司