基于声发射响应的管道漏点定位方法及系统与流程

本申请属于管道检测技术领域，具体地，涉及一种基于声发射响应的管道漏点定位方法及系统。

背景技术：

目前我国油、水、管道覆盖了全国大部分地区的天然气、原油和成品油主干网以及城市供热供水管网。而近年来管道泄漏事故时有发生，不仅影响正常的生产，还会造成环境污染及资源浪费，目前市场上有较多的管道泄漏在线监测系统，但这些系统大多不能对腐蚀发展型泄漏进行泄漏判定和定位，尤其是埋地管线，即使可以通过承压管道的压力、流量等运行参数判断其泄漏，但很难对泄漏点进行定位，因此，在管道发生泄漏后能够快速的对泄漏位置进行定位判定是一个亟待解决的问题。

现有管道泄漏点定位的方法有相关仪检测法，红外检测法、人工检测法等。其中，应用最多的相关仪进行漏点检测的原理是，通过在待检管段两端安装音频接收器，通过泄漏介质与管道壁摩擦产生的漏水声音沿着管道向两端传播进行定位，由互相关函数极值点的延时值，来确定时间差，从而进行定位。

目前的上述管道泄漏点定位的方法，普遍具有工作效率低，易受环境影响，定位精度差等问题。同时有些长达十几公里甚至几十公里的长输管线，以及埋深数米和跨越河流的管道很难采用上述漏点定位的方法进行漏点定位检测。

声发射是一种常见的物理现象，材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射(acousticemission,简称ae)，有时也称为应力波发射。由于材料内部结构发生变化而引起材料内应力突然重新分布；使机械能转变为声能；产生弹性波，应力波的频率一般在1khz-1mhz之间。

技术实现要素：

本发明提出了一种基于声发射响应的管道漏点定位方法及系统，旨在解决现有管道泄漏点定位的方法工作效率低，易受环境影响，定位精度差等问题。

根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种基于声发射响应的管道漏点定位装置，具体包括：

管道控制阀门，用于关闭或者减小待测管道的下游端口，使得待测管道内产生自下游端口向上游端口的应力波；所述应力波是由于阀门阻挡管道内流体后管道内流体所产生；

第一声发射传感器，用于接收待测管道下游端口附近的应力波以及管道漏点产生的相反向应力波；

第二声发射传感器，用于接收待测管道上游端口附近的应力波；

数据处理单元，用于根据待测管道下游端口附近的应力波、管道漏点产生的相反向应力波以及待测管道上游端口附近的应力波计算得到管道漏点位置。

可选地，数据处理单元根据所述待测管道下游端口附近的应力波、管道漏点产生的相反向应力波以及待测管道上游端口附近的应力波得到管道漏点位置，具体包括：

根据所述待测管道下游端口附近的应力波识别起始声波特征并记录所述应力波起始时刻；根据所述待测管道上游端口附近的应力波识别到达声波特征并记录所述应力波接收时刻；根据所述待测管道下游端口附近的管道漏点产生的相反向应力波，识别泄漏点激励的声波特征并记录相反向应力波接收时刻；

根据管道首末两端的长度、所述应力波起始时刻以及应力波接收时刻计算所述应力波在管道内传播的声速；

根据所述应力波起始时刻以及所述管道漏点产生的相反向应力波接收时刻计算所述应力波从下游端口到达管道漏点的时长；

根据所述应力波在管道内传播的声速以及所述应力波从下游端口到达管道漏点的时长计算得到所述管道漏点距离下游端口的距离。

可选地，第一声发射传感器、第二声发射传感器分别安装在待测管道的上游端口和下游端口，两个声发射传感器之间的距离即待测管道的长度。

可选地，声发射传感器通过g1/2接口球阀垂直安装于待测管道外侧壁。

可选地，管道漏点定位装置还包括采集控制器，采集控制器用于接收声发射传感器信号，并远程传输至数据处理单元。

可选地，采集控制器包括gps授时模块，gps授时模块用于保证被测管道两端采集的同步精度。

可选地，采集控制器包括4g无线模块，4g无线模块用于将应力波数据传输至数据处理单元。

可选地，声发射传感器与采集控制器采用can总线协议通信。

根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种基于声发射响应的管道漏点定位方法，具体包括以下步骤：

关闭或者减小待测管道的下游端口的下游端口管道控制阀门，待测管道内产生自下游端口向上游端口的应力波；所述应力波是由于阀门阻挡管道内流体后管道内流体所产生；

接收待测管道下游端口附近的应力波以及管道漏点产生的相反向应力波；接收待测管道上游端口附近的应力波；

根据待测管道下游端口附近的应力波、管道漏点产生的相反向应力波以及待测管道上游端口附近的应力波计算得到管道漏点位置。

可选地，待测管道的上游端口设置有上游端口控制阀门；通过下游端口阀门和上游端口阀门控制待测管道内流体压力以及流体流量。

可选地，根据待测管道下游端口附近的应力波、管道漏点产生的相反向应力波以及待测管道上游端口附近的应力波计算得到管道漏点位置，具体包括：

根据待测管道下游端口附近的应力波识别起始声波特征并记录应力波起始时刻；根据待测管道上游端口附近的应力波识别到达声波特征并记录应力波接收时刻；根据待测管道下游端口附近的管道漏点产生的相反向应力波，识别泄漏点激励的声波特征并记录相反向应力波接收时刻；

根据管道首末两端的长度、应力波起始时刻以及应力波接收时刻计算应力波在管道内传播的声速；

根据应力波起始时刻以及管道漏点产生的相反向应力波接收时刻计算应力波从下游端口到达管道漏点的时长；

根据应力波在管道内传播的声速以及应力波从下游端口到达管道漏点的时长计算得到管道漏点距离下游端口的距离。

采用本申请实施例中的基于声发射响应的管道漏点定位方法及装置，首先，关闭或者减小待测管道的下游端口，待测管道内产生自下游端口向上游端口的应力波；其次，接收待测管道下游端口附近的应力波以及管道漏点产生的相反向应力波；接收待测管道上游端口附近的应力波；然后，根据待测管道下游端口附近的应力波、管道漏点产生的相反向应力波以及待测管道上游端口附近的应力波得到管道漏点位置。本申请的基于声发射响应的管道漏点定位方法及装置操作简单，效率高且定位精度高，大大减少人工沿线排查的劳动强度，减少了由于泄漏导致停产造成的经济损失及环境污染，解决了现有管道泄漏点定位的方法工作效率低，易受环境影响，定位精度差等问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图4中示出了根据本申请实施例的基于声发射响应的管道漏点定位装置的结构示意图；

图5中示出了根据本申请另一实施例的基于声发射响应的管道漏点定位装置的结构示意图；

图3中示出了根据本申请实施例的管道漏点定位方法中声发射各接收时刻记录的时间示意图；

图1中示出了根据本申请实施例的基于声发射响应的管道漏点定位方法的步骤示意图；

图2中示出了根据本申请实施例的的数据处理单元进行数据处理的步骤示意图；

其中，1-采集控制器，2-远程中心服务器，3-待测管道，4-管道泄漏点，5-第一声发射传感器，51-第二声发射传感器，6-下游端口控制阀门，7-上游端口控制阀门，101-电源，102-gps授时模块，103-4g无线模块。

具体实施方式

在实现本申请的过程中，发明人发现管道泄漏点定位的方法，普遍具有工作效率低，易受环境影响，定位精度差等问题。对于长达十几公里甚至几十公里的长输管线的排漏检查实施更是困难。常见的通过承压管道的压力、流量等运行参数判断其泄漏点越来越不能满足高效率以及高准确性的需求。

发明人还发现流通的管道在下游处迅速关闭或者关闭部分时，管道内侧物质会产生应力波发射，即声发射，通过声发射传感器可以接收测量应力波。同时，应力波在管道传播经过管道漏点时，管道漏点激励产生相反向的应力波，因此，本申请发明人在基于以上发现基础上，发明了本申请的基于声发射响应的管道漏点定位方法及系统。

首先，关闭或者减小待测管道的下游端口，待测管道内产生自下游端口向上游端口的应力波；其次，接收待测管道下游端口附近的应力波以及管道漏点产生的相反向应力波；接收待测管道上游端口附近的应力波；然后，根据待测管道下游端口附近的应力波、管道漏点产生的相反向应力波以及待测管道上游端口附近的应力波得到管道漏点位置。

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

本实施例提供了一种基于声发射响应的管道漏点定位装置，对于本实施例的基于声发射响应的管道漏点定位装置中未披露的细节，请参照其它实施例中的基于声发射响应的管道漏点定位方法。

图1中示出了根据本申请实施例的基于声发射响应的管道漏点定位装置的结构示意图。

如图1所示，基于声发射响应的管道漏点定位装置，具体包括管道控制阀门6、第一声发射传感器5、第二声发射传感器51以及数据处理单元2，具体的：

管道控制阀门6，用于关闭或者减小待测管道3的下游端口，待测管道内产生自下游端口向上游端口的应力波。

第一声发射传感器5，声发射传感器数量为两个，第一声发射传感器5和第二声发射传感器51分别安装在待测管道的上游端口和下游端口，用于接收待测管道下游端口附近的应力波以及管道漏点产生的相反向应力波；以及于接收待测管道上游端口附近的应力波。

数据处理单元2，用于根据待测管道下游端口附近的应力波、管道漏点产生的相反向应力波以及待测管道上游端口附近的应力波得到管道漏点位置。

如图1所示，声发射传感器数量为两个，分别安装在待测管道的上游端口和下游端口，两个声发射传感器之间的距离即第一声发射传感器5和第二声发射传感器51之间距离，即为待测管道的长度l。

第一声发射传感器5和第二声发射传感器51通过g1/2接口球阀垂直安装于待测管道外侧壁。使现场管道检测拆卸安装更简单省时，提高了工作效率。

如图1所示，本申请的管道漏点装置还包括采用采集控制器1，采集控制器1数量为两个，分别接收第一声发射传感器5和第二声发射传感器51的应力波信号，并远程传输至数据处理单元2，数据处理单元2设置于远程服务中心。远程服务中心可以实时处理应力波数据，进行信号模式识别，管道漏电的精确定位计算。

图2中示出了根据本申请另一实施例的基于声发射响应的管道漏点定位装置的结构示意图。

如图2所示，管道漏点定位装置的上游端口设置有上游端口控制阀门7，可通过下游端口阀门6和/或上游端口阀门7控制待测管道内流体压力以及流体流量。

如图2所示，采集控制器1包括gps授时模块102，gps授时模块102用于保证被测管道两端采集控制器采集的同步精度。

采集控制器还包括电源101以及4g无线模块103，4g无线模块103用于将应力波数据传输至数据处理单元。即，采集控制器通过4g无线模式103将应力波数据传输到远程中心服务器，无需现成铺设线缆等复杂工作。

可选地，声发射传感器与采集控制器采用can总线协议通信，用来提高数据传输快精度。

本申请实施例的基于声发射响应的管道漏点定位装置，采用采集控制器1接收声发射传感器信号，并远程传输至数据处理单元2，数据处理单元2可设置于远程服务中心。远程服务中心可以实时处理应力波数据，进行信号模式识别，管道漏电的精确定位计算。

图5中示出了根据本申请实施例的的数据处理单元进行数据处理的步骤示意图。

数据处理单元2进行应力波数据处理实现管道漏点定位，具体的，如图5所示，包括以下步骤：

图4中示出了根据本申请实施例的管道漏点定位方法中应力波各接收时刻记录的时间示意图。

步骤s31：如图3(a)所示，为待测管道下游端口接收应力波波形图。根据待测管道下游端口附近的应力波识别起始声波特征并记录应力波起始时刻t0；根据待测管道下游端口附近的管道漏点产生的相反向应力波，识别泄漏点激励的声波特征并记录相反向应力波接收时刻t1。

如图3(b)所示，为待测管道上游端口接收应力波波形图。根据待测管道上游端口附近的应力波识别到达声波特征并记录应力波接收时刻t2；

步骤s32：首先，根据管道首末两端的长度l、应力波起始时刻t0以及应力波接收时刻t2计算应力波在管道内传播的声速v，声速v计算公式(1)如下：

步骤s33：然后，根据应力波起始时刻t0以及管道漏点产生的相反向应力波接收时刻t1计算应力波从下游端口到达管道漏点的时长t，时长t计算公式(2)如下：

步骤s34：最后，根据应力波在管道内传播的声速v以及应力波从下游端口到达管道漏点的时长t计算得到管道漏点距离下游端口的距离x，距离x计算公式(3)如下：

x＝v*t公式(3)

在实施本申请实施例的基于声发射响应的管道漏点定位方法时，在激励产生应力波时只需快速关闭下游端口控制阀门或快速调小控制阀门，操作简单，避免了庞杂繁琐的其它操作。

采用本申请实施例中的基于声发射响应的管道漏点定位装置，首先，通过管道控制阀门6关闭或者减小待测管道的下游端口，待测管道内产生自下游端口向上游端口的应力波；其次，通过声发射传感器5接收待测管道下游端口附近的应力波以及管道漏点产生的相反向应力波；接收待测管道上游端口附近的应力波；然后，通过数据处理单元2根据待测管道下游端口附近的应力波、管道漏点产生的相反向应力波以及待测管道上游端口附近的应力波得到管道漏点位置。本申请的基于声发射响应的管道漏点定位方法及装置操作简单，效率高且定位精度高，大大减少人工沿线排查的劳动强度，减少了由于泄漏导致停产造成的经济损失及环境污染，解决了现有管道泄漏点定位的方法工作效率低，易受环境影响，定位精度差等问题。

在实施过程中，基于声发射响应的管道漏点定位装置现场安装简易。整个系统采用无线传输模式，无需现场铺设线缆；管道漏点定位操作简单，现场只需一些相关阀门的开关操作，无需其他复杂流程操作，大大减少人员劳动力操作。

本申请的管道漏点定位装置适用性强，可针对各种承压管道，无论是埋地管道还是穿越河流换管道均可采用本申请的漏点定位方法进行泄漏点的定位。

本申请的管道漏点定位装置适用的待测管道检测距离长，单段管道检测长度达60km。且检测用时短。现场布置好后只需几分钟可完胜泄漏点的定位。

实施例2

图4中示出了根据本申请实施例的基于声发射响应的管道漏点定位方法的步骤示意图。

如图4所示，本申请实施例的基于声发射响应的管道漏点定位方法，具体包括以下步骤：

s10：关闭或者减小待测管道的下游端口的下游端口管道控制阀门，待测管道内产生自下游端口向上游端口的应力波。所述应力波是由于阀门阻挡管道内流体后管道内流体所产生。

在操作过程中，通过操作下游端口控制阀门快速关闭或者调小阀门使管道的下游端口减少，继而，待测管道内会产生应力波并向管道上游端传播。在应力波传播过程中会到达管道泄漏点，管道泄漏点会激励起不同的应力波，并在泄漏点处向管道两端传播。

本申请的管道漏点定位方法中，待测管道的下游端口设置有下游端口控制阀门，或者待测管道的下游端口和上游端口分别设置有下游端口控制阀门和上游端口控制阀门；其中，通过下游端口阀门和/或上游端口阀门控制待测管道内流体压力以及流体流量。

s20：接收待测管道下游端口附近的应力波以及管道漏点产生的相反向应力波；接收待测管道上游端口附近的应力波。

通过关闭或者减小待测管道的下游端口，产生的自下游端口向上游端口的应力波，首先被待测管道下游端口附近的声发射传感器接收到；当应力波传播到管道漏点后向下游端口处传播相反向应力波，也被待测管道下游端口附近的声发射传感器接收到；最后，当应力波最后传播到待测管道下游端口时被待测管道上游端口附近的声发射传感器接收到。

s30：根据步骤s20接收的待测管道下游端口附近的应力波、管道漏点产生的相反向应力波以及待测管道上游端口附近的应力波得到管道漏点位置。

图5中示出了根据本申请实施例的的数据处理单元进行数据处理的步骤示意图。

步骤20中声发射传感器接收的应力波发送至数据处理单元进行数据处理，具体的，如图2所示，包括以下步骤：

图3中示出了根据本申请实施例的管道漏点定位方法中应力波各接收时刻记录的时间示意图。其中，p为应力波的波压力。

步骤s31：如图3(a)所示，为待测管道下游端口接收应力波波形图。根据待测管道下游端口附近的应力波识别起始声波特征并记录应力波起始时刻t0；根据待测管道下游端口附近的管道漏点产生的相反向应力波，识别泄漏点激励的声波特征并记录相反向应力波接收时刻t1。

如图3(b)所示，为待测管道上游端口接收应力波波形图。根据待测管道上游端口附近的应力波识别到达声波特征并记录应力波接收时刻t2；

步骤s32：首先，根据管道首末两端的长度l、应力波起始时刻t0以及应力波接收时刻t2计算应力波在管道内传播的声速v，声速v计算公式(1)如下：

步骤s33：然后，根据应力波起始时刻t0以及管道漏点产生的相反向应力波接收时刻t1计算应力波从下游端口到达管道漏点的时长t，时长t计算公式(2)如下：

步骤s34：最后，根据应力波在管道内传播的声速v以及应力波从下游端口到达管道漏点的时长t计算得到管道漏点距离下游端口的距离x，距离x计算公式(3)如下：

x＝v*t公式(3)

在实施本申请实施例的基于声发射响应的管道漏点定位方法时，在激励产生应力波时只需快速关闭下游端口控制阀门或快速调小控制阀门，操作简单，避免了庞杂繁琐的其它操作。

同时，用于接收应力波的声发射传感器，分别安装在待测管道的上游端口和下游端口，两个声发射传感器之间的距离即待测管道的长度l。

声发射传感器可通过g1/2接口球阀垂直安装于待测管道外侧壁。使现场管道检测拆卸安装更简单省时，提高了工作效率。

本申请的管道漏点方法还包括采用采集控制器，接收声发射传感器信号，并远程传输至数据处理单元，数据处理单元设置于远程服务中心。远程服务中心可以实时处理应力波数据，进行信号模式识别，管道漏电的精确定位计算。

另一实施方式的，采集控制器包括gps授时模块，gps授时模块用于保证被测管道两端采集控制器采集的同步精度。

采集控制器还包括4g无线模块，4g无线模块用于将应力波数据传输至数据处理单元。即，采集控制器通过4g无线模式将应力波数据传输到远程中心服务器，无需现成铺设线缆等复杂工作。

可选地，声发射传感器与采集控制器采用can总线协议通信，用来提高数据传输快精度。

采用本申请实施例中的基于声发射响应的管道漏点定位方法，首先，关闭或者减小待测管道的下游端口，待测管道内产生自下游端口向上游端口的应力波；其次，接收待测管道下游端口附近的应力波以及管道漏点产生的相反向应力波；接收待测管道上游端口附近的应力波；然后，根据待测管道下游端口附近的应力波、管道漏点产生的相反向应力波以及待测管道上游端口附近的应力波得到管道漏点位置。本申请的基于声发射响应的管道漏点定位方法及装置操作简单，效率高且定位精度高，大大减少人工沿线排查的劳动强度，减少了由于泄漏导致停产造成的经济损失及环境污染，解决了现有管道泄漏点定位的方法工作效率低，易受环境影响，定位精度差等问题。

在实施过程中，基于声发射响应的管道漏点定位方法的装置现场安装简易。整个系统采用无线传输模式，无需现场铺设线缆；管道漏点定位操作简单，现场只需一些相关阀门的开关操作，无需其他复杂流程操作，大大减少人员劳动力操作。

本申请的管道漏点定位方法适用性强，可针对各种承压管道，无论是埋地管道还是穿越河流换管道均可采用本申请的漏点定位方法进行泄漏点的定位。

本申请的管道漏点定位方法适用的待测管道检测距离长，单段管道检测长度达60km。且检测用时短。现场布置好后只需几分钟可完胜泄漏点的定位。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。