基于振幅衰减与相关检测相结合的地下管道漏点定位方法
【专利摘要】本发明公开了基于振幅衰减与相关检测相结合的地下管道漏点定位方法，首先利用振幅衰减法快速缩小漏点所在范围，定出其大致位置；在待测金属管道上设置两个拾音探头，探头采集漏点的漏水声振幅，判断漏点大致位置，尽量缩小漏点搜索范围；利用相关检测法确定出漏点的精确位置，设漏水声分别传播至左、右探头的时间差为t，两探头间距为d，声波在水管中的传播速度为v，则左探头与漏点距离X1＝(d?v·t)/2。本发明的有益效果是定位方法简单，精度高，成本低。
【专利说明】
基于振幅衰减与相关检测相结合的地下管道漏点定位方法
技术领域
[0001] 本发明属于地下管线探测、压力管道泄漏点定位技术领域，设及基于振幅衰减与 相关检测相结合的地下管道漏点定位方法。
【背景技术】
[0002] 供水、输油、天然气等各类地下输送管网的漏失问题是设及节能和安全领域的一 个亟待解决的重大难题。据统计，目前全国有一半W上的城市供水管网漏损率高于国家标 准规定值，年漏损水量达60亿立方米，且呈逐年上升的趋势，造成极大的浪费。而输油、天然 气管道的泄漏更是设及到民众的生命财产安全大问题。防止和降低漏耗非常关键的一个环 节就是检漏，目前还没有简便成本低的地下管道漏点检测方法，因此设计出更加简便，性价 比更高，适合普及推广，可W主动检漏的检漏仪具有重大的社会效益和经济效益。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供基于振幅衰减与相关检测相结合的地下管道漏点定位方 法，本发明的有益效果是定位方法简单，精度高，成本低。
[0004] 本发明所采用的技术方案是按照W下步骤进行：
[0005] 步骤1:利用振幅衰减法快速缩小漏点所在范围，定出其大致位置；
[0006] 1)振幅衰减法:在待测金属管道上设置两个拾音探头，探头采集漏点的漏水声振 幅，判断漏点大致位置，尽量缩小漏点捜索范围；
[0007] a)漏点在中间:两探头相互靠近时收集到的信号幅值都在增加；
[000引b)漏点在左探头左侧:两探头相互靠近时，左探头收集的信号幅值减小，而右探头 收集的信号幅值增大；
[0009] C)漏点在右探头右侧:两探头相互靠近时，右探头收集的信号幅值减小，而左探头 收集的信号幅值增大；
[0010] 步骤2:利用相关检测法确定出漏点的精确位置；
[0011] 设漏水声分别传播至左、右探头的时间差为t，两探头间距为d，声波在水管中的传 播速度为V，则左探头与漏点距离：
[0012] Xi= (d-v ? t)/2〇
[0013] 进一步，所述两个拾音探头的灵敏度相同。
[0014] 进一步，所述漏水声分别传播至左、右探头的时间差为t为：
[0015] t = n ? T = n/f，
[0016] 系统采样频率为f，抽样间隔T = l/f，两路漏水声信号传输相差n个抽样间隔。
[0017] 进一步，所述声波在水管中的传播速度V通过定标得出，方法是定点敲击水管壁， 分别采集来自左、右探头的两路敲击声波形，利用敲击声幅度大，持续时间短的特点，识别 出两波形的相位并测出时间差，再结合已知的探头间距和敲击点位置得出。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明振幅衰减法测试示意图；
[0019] 图2是本发明相关检测法测试示意图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0021] 首先利用振幅衰减法快速缩小漏点所在范围，定出其大致位置振幅衰减法实验装 置。实验装置示意图如图1所示，其中包括灵敏度可精确调节的定向拾音探头，计算机采集 处理系统，信号线，待测金属水管及水源等。
[0022] 通水中的水管破裂漏水，水在泄漏处形成一定的冲击声，设漏水声的声强为I，声 音波形幅值为A，声音接收器(拾音探头)与声源距离为X，在声音传播过程中，声强I发生衰 减，声波振幅与传播距离的n次幕成反比关系。在传播距离较短时近似取n=l，即声音接收 器至声源距离X与接收到的漏水声振幅A满足W下关系
[0023]
(1)
[0024] 式中k为比例系数。
[0025] 设左右两侧拾音探头的灵敏度相同，左探头获取的漏水声波形幅值平均值为Al, 右探头获取的漏水声波形幅值平均值为A2,左探头与漏点距离为Xi,右探头与漏点距离为 拉。根据（1)式，可得
[0026] (2)
[0027] ;之间且两探头间距为d，则漏点与左探头的距离
[002引 毛 3')'
[0029] 同理，若漏点在左探头左侧，则
；若漏点在右探头右侧，贝U
[0030] 漏点与两探头的相对位置可用W下方法判断：
[0031] a)漏点在中间:两探头相互靠近时收集到的信号幅值都在增加；
[0032] b)漏点在左探头左侧:两探头相互靠近时，左探头收集的信号幅值减小，而右探头 收集的信号幅值增大；
[0033] C)漏点在右探头右侧:两探头相互靠近时，右探头收集的信号幅值减小，而左探头 收集的信号幅值增大。
[0034] 采集来自左右探头的漏水声的波形，通过计算幅值得到漏点的大概位置。
[0035] 利用相关检测法确定出漏点的精确位置。相关检测法实验装置示意图见图2。
[0036] 设漏水声分别传播至左、右探头的时间差为t，两探头间距为d，声波在水管中的传 播速度为V，则左探头与漏点距离
[0037] Xi= (d-v ? t)/2 (4)
[0038] 采集左右探头的漏水声信号并进行对比分析，找出两者间相关程度最好的信号段 落，并计算出两者传输的时间差t。系统采样频率为f，则抽样间隔T=l/f。若测得两路漏水 声信号传输相差n个抽样间隔，则两者传输的时间差
[0039] t = n ? T = n/f O (5)
[0040] 声波在水管中的传播速度V通过定标得出。方法是定点敲击水管壁，分别采集来自 左、右探头的两路敲击声波形。利用敲击声幅度大，持续时间短的特点，识别出两波形的相 位并测出时间差t，再结合已知的探头间距和敲击点位置，利用（4)式测出Vnd取2m，敲击位 置距离左探头0.5m时左右探头所采集到的敲击声波形，其中左探头收集到的敲击声波形明 显超前，两者相差18个抽样间隔。实验中，采样频率为88.2KHZ，故敲击声通过水管分别传输 至左、右探头的时间差
[0041 ] t = n/f = 18/88.化 Hz = 0.000204s
[0042] 敲击点至左、右探头的距离相差为Im，于是可求得声波在水管中的传播速度V为 4902m/s。
[0043] 本发明实测结果及分析
[0044] 两探头间距d取2m，漏点距左探头0.5m，采用相关法进行漏点检测，长度n为80个样 点。其中左探头声波相关范围为1381至1461，右探头声波相关范围为1400至1480,两者的相 关性测量值为0.93439，右通道比左通道延迟了 19个抽样间隔。由（5)式求得两通道时间差t =0.000215s，代入(4)式定出漏点与左探头的距离Xi = O.473m。
[0045] 相关检测法的测量误差与采集波形时的抽样频率f及声波在水管中的传播速度V 满足A =v/f的关系，可见抽样频率越局，定位精度也越局。就本实验所义用的88.2kHz义样 速率而言，定位误差仅为0.027m，定位精度非常高，完全可满足实际应用的需要。
[0046] 本发明的优点还在于:通过振幅衰减法和相关检测法的相结合，充分利用了振幅 衰减法的方便快捷W及相关检测法精确定位的优点，从而实现了地下管道漏点高效且精准 的定位。
[0047] W上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限 审IJ，凡是依据本发明的技术实质对W上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均 属于本发明技术方案的范围内。
【主权项】
1. 基于振幅衰减与相关检测相结合的地下管道漏点定位方法，其特征在于按照以下步 骤进行： 步骤1:利用振幅衰减法快速缩小漏点所在范围，定出其大致位置； 1)振幅衰减法:在待测金属管道上设置两个拾音探头，探头采集漏点的漏水声振幅，判 断漏点大致位置，尽量缩小漏点搜索范围； a) 漏点在中间:两探头相互靠近时收集到的信号幅值都在增加； b) 漏点在左探头左侧:两探头相互靠近时，左探头收集的信号幅值减小，而右探头收集 的信号幅值增大； c) 漏点在右探头右侧:两探头相互靠近时，右探头收集的信号幅值减小，而左探头收集 的信号幅值增大； 步骤2:利用相关检测法确定出漏点的精确位置； 设漏水声分别传播至左、右探头的时间差为t，两探头间距为d，声波在水管中的传播速 度为V，则左探头与漏点距离： Xi= (d-v · t)/2〇2. 按照权利要求1所述基于振幅衰减与相关检测相结合的地下管道漏点定位方法，其 特征在于:所述两个拾音探头的灵敏度相同。3. 按照权利要求1所述基于振幅衰减与相关检测相结合的地下管道漏点定位方法，其 特征在于:所述漏水声分别传播至左、右探头的时间差为t为： t = n · T = n/f, 系统采样频率为f，抽样间隔T = 1/f，两路漏水声信号传输相差η个抽样间隔。4. 按照权利要求1所述基于振幅衰减与相关检测相结合的地下管道漏点定位方法，其 特征在于:所述声波在水管中的传播速度V通过定标得出，方法是定点敲击水管壁，分别采 集来自左、右探头的两路敲击声波形，利用敲击声幅度大，持续时间短的特点，识别出两波 形的相位并测出时间差，再结合已知的探头间距和敲击点位置得出。
【文档编号】F17D5/06GK105909980SQ201610250216
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】王小怀, 李卓凡, 刘秋武, 李云, 邱胜桦, 冯胜奇, 方海
【申请人】韩山师范学院