流体消耗量计和泄漏检测系统的制作方法

1.本发明涉及一种包括噪声检测模块的流体消耗量计和一种泄漏检测系统。
2.一般而言，本发明涉及用于确定控制阀与声传感器之间的管道系统或子系统的当前状态的方法和系统。本发明涉及一种检测器和一种检测方法，其被配置为用于确定控制阀与所述声传感器之间的管道系统或管道子系统的当前状态。


背景技术：

3.公用事业水分配系统中的水损失接近50％。这不仅是稀缺自然资源本身的损失。水的分配也是非常耗能的，因此通过减少水损失，可以整体上减少能量消耗。如今，确定水分配系统或其子系统或部段的当前状态以便能够识别泄漏是一个繁琐的过程，其需要安装额外的设备并且需要在现场执行大量手动工作。确定管道系统或子系统的当前状态可能例如需要多个步骤并在消耗点处和区域阀、供应管线阀、连接阀等的位置点处接近管道系统。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种改进的流体消耗量计和一种改进的泄漏检测系统，其允许管道系统中的简化且更精确的泄漏检测。该目的通过具有权利要求1中限定的特征的流体消耗量计和具有权利要求14中限定的特征的泄漏检测系统来实现。在从属权利要求、以下描述和附图中限定了优选实施例。
5.根据本发明的流体消耗量计被配置为测量流体的流量并且基于该流量来测量流体消耗量。这样的流体消耗量计用于例如房屋中，以测量用于计费目的的水消耗量。根据本发明的流体消耗量计另外包括噪声检测模块，该噪声检测模块被配置为检测声噪声以进行泄漏检测。这可以通过单独的声传感器(例如麦克风)来完成。替代地，检测流量的测量装置可以用作声传感器。在通过包括至少一个超声波传感器的超声波流量计进行流量检测的情况下，这是特别优选的，该超声波传感器可以另外用于检测声噪声。用于泄漏检测的噪声检测模块可以在特殊操作模式(在下文中称为泄漏检测模式)中使用。
6.控制装置包括双向通信单元，该双向通信单元允许将数据或信号从外部传送到控制装置并将数据从控制装置传输或发送到外部装置。控制装置被配置为经由通信单元从外部装置接收泄漏检测控制信号。泄漏检测控制信号可以启动用于泄漏检测的流体消耗量计的特殊操作模式(即，泄漏检测模式)的开始。因此，控制装置被配置为在接收到所述泄漏检测控制信号时将流体消耗量计设置为泄漏检测模式。为了接收泄漏检测控制信号，通信单元可以连续地监听这样的信号。替代地，通信单元可以定期或不定期地向外部装置发送是否在外部装置中设置了这种泄漏检测控制信号的请求。此外，可能的是，通信单元切换到监听模式以在特定时间段内接收控制信号，例如总是在夜间或类似时间期间。此外，如果处于所述泄漏检测模式中，则控制装置被配置为经由通信单元传输来自所述噪声检测模块的数据。如果需要，该解决方案允许将流体消耗量计切换到泄漏检测模式，以获得关于由流体消耗量计检测到的噪声的数据。这允许操作者在需要时仅使用一个或更多个流体消耗量计进
行泄漏检测。如果不需要泄漏检测，则流体消耗量计优选地不改变到泄漏检测模式以节省能量。
7.控制装置和噪声检测模块优选地被配置为使得在所述泄漏检测模式中开始由所述噪声检测模块进行的噪声检测，即，在所述泄漏检测模式中记录声噪声。这意味着，优选地，声噪声当前在所述泄漏检测模式中被记录，并且来自所述噪声检测模块的记录数据在泄漏检测模式中或者在不同的时间点在不同的操作模式中被传输，例如响应于特殊的传输请求。替代地，可以在不同的时间点进行噪声检测，例如泄漏检测模式可以以延迟或在所述泄漏检测控制信号中限定的指定时间开始。根据另一可能的实施例，噪声被记录和存储，然后稍后被传输。
8.根据另一优选实施例，控制装置被配置为使得在所述泄漏检测模式中，所述控制装置能够由外部装置经由所述通信单元控制。外部装置可以通过例如经由蓝牙发送泄漏检测控制信号来开启泄漏检测模式。此外，控制装置可以由外部装置以不同的方式控制，例如在操作模式之间改变、调节参数或控制另外的装置，例如阀等。此外，可以对控制装置进行控制以设置或改变数据输出或数据传输，例如改变所使用的数据标准或协议。
9.在另一可能的实施例中，控制装置被配置为接收由充当外部装置的另外的流体消耗量计或传感器装置发送的泄漏检测控制信号。例如，可以存在主流体消耗量计，其能够激活其他流体消耗量计以改变到它们的泄漏检测模式。此外，如果需要，例如为了更精确地识别泄漏，可以用一个流体消耗量计开始泄漏检测并进一步激活其他流体消耗量计以改变到它们的泄漏检测模式。
10.在另一优选的解决方案中，控制装置可以被配置为发出泄漏检测控制信号，该泄漏检测控制信号能够将外部装置(例如另外的流体消耗量计或传感器装置)设置为如前所述的泄漏检测模式，即，执行噪声检测和/或传输来自这种噪声检测的数据的操作模式。这样的流体消耗量计可以用作主流体消耗量计和/或激活其他流体消耗量计以进行泄漏检测，如前所述。
11.控制装置优选地被配置为在接收到泄漏检测控制信号以及识别所述流体消耗量计的地址时，使得流体消耗量计被置于所述泄漏检测模式中。对于特定的流体消耗量计，地址可以是唯一的。这允许精确地寻址流体供应网络中的期望的流体消耗量计，使得该识别的流体消耗量计可以被置于所述泄漏检测模式中以进行噪声检测。这允许选择单个流体消耗量计以用于包括许多流体消耗量计的复杂流体供应系统(如水供应系统)中的泄漏检测或噪声检测。
12.根据另一可能实施例的控制装置和/或通信单元被配置为使得在泄漏检测模式中传输的数据包括基于由所述噪声检测模块记录的噪声的数据，并且优选地包括时间戳。时间戳指定执行噪声检测的时间点。特别是在若干传感器(例如流体消耗量计)用于噪声检测以识别管道系统中的泄漏的情况下，可能重要的是同时执行噪声检测以允许由不同传感器检测到的数据或信号之间的关联。这允许更精确地定位复杂管道系统或管道子系统中的泄漏。时间戳可以标识从预定义或商定的时间点计算的绝对时间值或相对时间值。
13.控制装置和/或通信单元可以被配置为使得在泄漏检测模式中传输的数据包括基于由所述噪声检测模块当前记录的噪声的实时数据。这允许管道系统中的实时测量，特别是同时使用若干传感器(例如包括噪声检测模块的若干流体消耗量计)的实时测量，然后优
选地执行关联以识别管道系统内的泄漏。例如，可以像三角测量那样执行关联。
14.附加地或替代地，控制装置和噪声检测模块可以被配置为使得基于由所述噪声检测模块记录的噪声的数据被存储，并且所存储的数据稍后在不同的时间点被传输。这允许流体消耗量计或传感器在合适的时间点(例如在所述泄漏检测控制信号中限定的时间点)进行噪声测量，以存储信息并且如果外部装置期望或请求则例如通过发送数据传输控制信号来传输所存储的信息。例如，控制装置可以被配置为使得其可以在预设时间点开始噪声检测。控制装置可以经由所述通信单元从外部装置接收在哪个时间点开始噪声检测的信息。优选地，记录的数据与定义记录时间点的时间戳一起被存储和传输。
15.根据另一可能的实施例，噪声检测模块和控制装置可以被配置为优选地在所述泄漏检测模式中，使得状态噪声测量和基线噪声测量被执行，并且所测量的数据或基于这些测量计算的数据被记录和/或被传输。基线噪声测量允许在噪声测量期间减少或消除基线噪声或信号。
16.基线噪声测量可以是指示当孤立地或部分地孤立地观察时管道子系统的声学分布的测量。可能存在与待确定当前状态的管道子系统或部段流体连通的一个或更多个噪声源。可以关闭或调节限定待评估的管道子系统的一端的控制阀，以将管道子系统与公用事业或流体分配系统的剩余部分分离，以便在子系统内提供基线噪声测量。可以校准或以其他方式优化基线噪声测量。
17.存在根据状态噪声测量和基线噪声测量来确定管道子系统系统或部段的当前状态的动作。
18.在另一示例中，可以关闭控制阀并且可以建立基线噪声测量。基线噪声测量可以从存储库提供或者被测量和传输。然后可以打开控制阀，并且可以建立状态噪声测量。替代地，可以从声传感器或后端系统(例如外部装置或遥控器)中的历史存储值中检索状态噪声测量。管道子系统的当前状态可以根据基线噪声测量和状态噪声测量来确定。
19.根据另一可能的实施例，所述控制装置包括通信单元，该通信单元被配置为使得对于待传输的数据能选择不同的通信协议和/或数据类型。这允许通过调节由流体消耗量计的通信单元使用的“语言”来与不同的其他外部装置进行通信。通信单元和/或所述控制装置中的通信协议和/或数据类型的改变可以通过来自外部装置的控制来发起，如上文和下文所述。
20.根据另一优选实施例，流体消耗量计包括用于能量供应的至少一个电池，并且如果功耗违反所述电池的期望寿命，所述控制装置被配置为使得所述控制装置拒绝进入泄漏检测模式的期望改变，和/或被配置为使得所述控制装置终止泄漏检测模式。因为必须确保长的电池寿命，所以通过使用电池的流体消耗量计的能量供应是非常敏感的问题。因此，需要非常严格的能量管理。在泄漏检测模式中传输检测到的数据和/或噪声测量本身的通信可能导致增加的能量消耗，这可能影响电池寿命。为了确保最小寿命，可能需要限制噪声检测模式中的使用。通过在某些情况下禁止使用噪声检测模式，例如如果之前已经使用了若干次该模式，则可以保证电池的最小寿命。
21.可以基于电池特性的实际测量，通过控制装置内的合适算法来计算电池的寿命。在可以作为替代或附加地实现的另一实施例中，所述控制装置可以包括计数器，并且可以被配置为使得计数器在泄漏检测模式中跟踪功耗增加的时段。可以存在存储在控制装置中
的针对这种增加的功耗的预定义的最大时间，并且控制装置可以被配置为在达到预定义最大时间的情况下禁止或终止泄漏检测模式。此外，可以仅对装置多久改变到泄漏检测模式进行计数，并且可以存在控制装置中预设的对泄漏检测模式的激活次数的限制。
22.此外，用于流体供应系统或管道系统或管道子系统中的泄漏检测的泄漏检测系统分别是本发明的主题。应当理解，上述流体消耗量计的优选特征也应当被认为是泄漏检测系统的优选实施例。此外，下面描述的泄漏检测系统的优选特征也可以被认为是流体消耗量计的优选实施例。
23.根据本发明的泄漏检测系统可以用在流体供应系统中，即，用在管道系统中，特别是用在管道子系统中。泄漏检测系统包括如上所述的一个或更多个流体消耗量计。特别地，泄漏检测系统可以包括可选择性地用于泄漏检测的多个流体消耗量计。为此，提供了一种外部装置，特别是具有通信装置的遥控器的形式，通信装置被配置为与所描述的流体消耗量计中的一个或更多个流体消耗量计的通信单元通信。遥控器或外部装置被配置为将泄漏检测控制信号发送到一个或更多个流体消耗量计，并且接收由一个或更多个流体消耗量计传输的在其泄漏检测模式中记录的数据，如上所述。特别地，遥控器可以被配置为发送所选择的地址，所选择的地址识别期望被设置成泄漏检测模式的某些流体消耗量计。那些在泄漏检测控制信号中接收其地址的流体消耗量计然后切换到泄漏检测模式，执行噪声检测和/或基于检测到的噪声传输数据，如上所述。特别地，可以在水分配网络中提供许多流体消耗量计，并且可以选择那些接近管道系统中的假定泄漏的用于泄漏检测的流体消耗量计。通过使用所选择的流体消耗量计的噪声检测进行泄漏检测，可以定位泄漏。
24.此外，泄漏检测系统可以包括独立于流体消耗量计的至少一个泄漏检测传感器，该泄漏检测传感器具有被配置为将数据传输到遥控器的通信单元。而且，泄漏检测传感器可以被配置为使得其提供将泄漏检测传感器置于类似于如上文关于流体消耗量计所描述的泄漏检测模式的泄漏检测模式的可能性。泄漏检测传感器可以例如是布置在网络的分配管上的单独的传感器。这可以是永久地附接到管道的泄漏检测传感器或仅被附接以用于管道系统的特定区域中的泄漏检测的泄漏检测传感器。泄漏检测传感器被配置为执行噪声检测并且传输与流体消耗量计在其泄漏检测模式中类似的数据。然而，来自泄漏检测传感器的数据可能与从所述流体消耗量计传输的数据不同。例如，从泄漏检测传感器传输的数据具有改进的或更高的分辨率、更高的采样率、改进的或更大的动态范围。此外，与流体消耗量计中的噪声传感器或噪声检测模块相比，泄漏检测传感器可以具有改进的灵敏度。由单独的泄漏检测传感器提供的数据可以与从一个或更多个流体消耗量计接收的数据一起被分析。
25.优选地，所述泄漏检测传感器被配置为：经由所述通信单元从外部装置(例如，如前所述的遥控器)接收泄漏检测控制信号；以及响应于该泄漏检测控制信号传输测量数据。因此，外部装置或遥控器可以激活与用于泄漏检测的流体消耗量计类似的单独的传感器，使得外部传感器可以与流体消耗量计一起使用进行泄漏检测。
26.优选地，所述泄漏检测传感器包括噪声检测装置，例如监听管道的麦克风或其他合适的声传感器。通过对检测到的噪声的分析，可以检测泄漏。噪声的分析可以通过集成到泄漏检测传感器中的控制装置和/或外部控制装置(例如，前述的外部装置或遥控器)来执行。
27.外部装置或遥控器分别优选地被配置为使得其同时将若干流体消耗量计设置成它们的泄漏检测模式，并且接收由这些流体消耗量计记录和传输的数据和/或由泄漏检测传感器传输的数据，其中，所接收的数据优选地同时被检测。同时检测测量对于通过对检测到的信号关联来定位泄漏是重要的。优选地，表示检测到的信号或测量的数据包括时间戳，如上面参考流体消耗量计所描述的。通过若干流体消耗量计和/或泄漏检测传感器的同时测量可以直接由外部装置或遥控器激活，特别是由泄漏检测控制信号激活。替代地，可以预定义用于由不同的传感器和流体消耗量计同时测量的时间点。可以使用不同的传感器和流体消耗量计的通信单元将预设时间点发送到不同的传感器和流体消耗量计。例如，用于测量的时间点可以被固定为从信号传输计数的绝对时间点或相对时间点。
28.为了改善时间上的同步(这在应当实现例如毫秒或微秒的同步的情况下是非常困难的)，根据一优选实施例，可以针对不同的重叠持续时间执行噪声测量。例如，独立于流体消耗量计的泄漏检测传感器可以在更长的时间段或持续时间内进行测量，而处于其泄漏检测模式中的流体消耗量计在更短的时间段内进行测量。这尤其是优选的，因为流体消耗量计可能必须在噪声检测期间停止流量测量，并且如上所述，流体消耗量计对能量消耗是敏感的。例如，泄漏检测传感器可以在比流体消耗量计监听系统的时间段长二十倍以上的时间段内进行测量。噪声频率通常在100hz至2000hz的范围内，因此噪声信号的时间段将是10毫秒至0.5毫秒。例如，布置在分配管道上的泄漏检测传感器可以测量超过五百毫秒，其中，流体消耗量计例如测量噪声100毫秒。起始点被设置为使得在这些时间段之间将存在重叠，并且可以通过检测到的信号的相关性来检测确切的重叠。这可以在数据分析中完成。
29.遥控器或外部装置可以包括显示器，并且可以被配置为使得其在显示器上(优选地在地图上)示出可用的流体消耗量计和/或泄漏检测传感器，并且允许用户选择一个或更多个流体消耗量计以设置为泄漏检测模式和/或选择泄漏检测传感器以传输数据。这样的遥控器使得操作者容易选择必须监听系统以检测管道系统的特定区域中的泄漏的那些流体消耗量计和/或泄漏检测传感器。此外，操作者可以选择在泄漏检测期间在测量中添加的另外的传感器或仪表，例如以细化泄漏的定位。
30.遥控器可以是软件应用程序，优选地安装或运行在智能手机或移动计算机上。安装在标准计算机或智能手机上的设计和软件应用程序避免了对特殊硬件的需要，并且可以容易地供操作者用于泄漏检测。遥控器(例如，智能手机)可以经由在遥控器或智能手机中实现的无线通信标准直接与传感器和消耗量计通信。此外，遥控器或智能手机可以与移动通信网络通信，并且直接或间接地经由该移动通信网络以及经由用于与流体消耗量计和/或泄漏检测传感器通信的专用通信网络进行通信。因此，可以例如经由中央控制装置或主计算机连接两个不同的网络。而且，与某些传感器的直接通信和经由特殊网络的通信的组合是可能的。
31.根据另一实施例，遥控器可以集成到流体消耗量计或中央控制装置中。特别地，遥控器可以由某个流体消耗量计的控制装置提供。因此，可以经由一个流体消耗量计(例如形成如上所述的主流体消耗量计)来控制或启动泄漏检测。中央控制装置可以是经由任何合适的数据通信网络或不同的通信网络连接到不同的传感器和流体消耗量计的云服务器或中央计算机。
32.遥控器或外部装置可以被配置为使得其启动对由流体消耗量计和/或泄漏检测传
感器传输的数据的数据分析或泄漏检测，优选地使由不同的消耗量计和/或传感器传输的数据关联，其中，遥控器优选地可以被配置为使得其执行数据分析和/或连接到执行数据分析的单独的计算装置。通过使从若干传感器和仪表接收的不同测量或数据的关联，可以定位管道系统中的泄漏。数据分析可以包括另外的步骤，例如用于降噪、滤波等。特别地，可以进行如上所述并在下面进一步详细描述的状态噪声测量和基线噪声测量。数据分析可以直接在遥控器或外部装置中执行，或者该装置可以与另外的计算或控制系统通信以执行所需的数据分析。
33.遥控器可以被配置为使得其直接地或经由数据网络和/或经由计算装置间接地接收从流体消耗量计和/或泄漏检测传感器传输的数据，其中，计算装置优选地被配置为使得其对所接收的数据执行数据分析和/或数据转换，并且例如通过可以是软件模块的信号协调模块将经处理的数据传输到遥控器。数据转换可以将来自不同的传感器装置和流量计的数据转换成相同的数据标准或语言，以基于不同的数据执行关联(相关)。可以在不同的计算装置或控制装置中执行用于数据分析或数据转换的不同步骤。用于泄漏检测的最终数据分析可以在遥控器中或在外部计算装置中执行，使得遥控器仅接收分析结果以将结果呈现给用户。因此，遥控器可以仅充当用户界面。
34.根据本发明的一特定实施例，所述一个或更多个流体消耗量计和/或泄漏检测传感器被配置为使得它们优选地在所述泄漏检测模式中执行状态噪声测量和基线噪声测量，并且将测量数据或基于这些测量数据计算的数据记录和/或传输到所述遥控器。基线噪声测量可以检测管道系统或管道子系统中的基线噪声，然后，稍后在状态噪声测量的数据分析期间，可以从信号中消除该基线噪声。
35.根据本发明的另一可能实施例，可以提供至少一个阀，其被布置在管道系统中，特别是被布置在管道子系统与流体供应系统的另一部分之间。至少一个流体消耗量计和/或至少一个泄漏检测传感器被布置在管道子系统内部，并且流体消耗量计和/或泄漏检测传感器被配置为使得它们在阀关闭的情况下执行基线噪声测量，并且在阀至少部分地打开的情况下执行状态噪声测量。这允许独立于由进入管道子系统中的流体流动产生的噪声来检测管道子系统的基线噪声。在数据分析期间，测量的基线噪声可以用于处理在状态噪声测量期间检测到的信号，以从该信号中消除基本噪声。
36.在下文中，描述了本发明的进一步优选的方面或实施例。
37.连接到管道子系统的声传感器或噪声检测模块通常放置在访问受限的位置，例如在房屋中的房间中或封闭空间中。声传感器优选地是流体消耗量计的集成部分或功能。管道当前状态的实际确定可以有利地在诸如房间外部、房屋外部或封闭空间外部的不同位置中执行。
38.可以存在提供分别由噪声检测模块或声传感器建立的状态噪声测量的动作。声传感器被配置为测量管道中的流体管道中的声音或声信号。状态噪声测量可以是在提供测量时管道子系统的声学分布。声传感器可以被配置为提取声音或声信号的水平或类型(即，特性)的测量。声传感器被配置为特别是经由所述通信单元传输状态噪声测量。该传输可以是无线的，并且该传输可以与外部装置(诸如检测器或遥控器，例如泄漏检测器单元或远离声传感器操作的其他单元)通信。传输、以及测量的动作可以例如通过泄漏检测控制信号、通过例如在远离声传感器的位置处(诸如在控制阀的位置处)操作的外部装置来触发。
39.提供状态噪声测量的动作可以是传输由声传感器建立的状态噪声测量的动作。状态噪声测量可以被发送到外部装置、遥控器或者高级仪表基础设施的后端系统或中央处理器，外部装置可以从该后端系统或中央处理器检索状态噪声测量。外部装置与声传感器之间的传输可以是单向通信会话或双向通信会话的一部分，在单向通信会话中，声传感器将测量和可能的其他数据发送到外部装置，在双向通信会话中，在声传感器与外部装置之间的两个方向上发送测量和/或其他数据。
40.可以存在调节控制阀的动作。调节控制阀的动作可以手动执行。调节的水平可以取决于情况。调节可以是关闭或打开或改变被打开或关闭的控制阀的水平。控制阀可以被完全打开或关闭。控制阀可以被部分关闭。原则上，可以存在打开关闭的控制阀的动作。因此，可以在改变(即，打开或关闭)控制阀之前和之后进行测量。
41.控制阀可以被理解为控制到声传感器的流量的阀，诸如控制到多个消耗点的供应的区域阀或控制到几个消耗点中的单个消耗点的供应的连接阀。例如，可以存在控制到声传感器的流量的一个或更多个控制阀，并且一个控制阀也可以控制到多个声传感器的流量。
42.可以存在传输由声传感器建立的基线噪声测量的动作。提供基线噪声测量的动作可以如上面结合状态噪声测量所公开的那样来执行。提供基线噪声测量的动作可以由声传感器或外部装置或遥控器发起，诸如基于由声传感器实现的特定测量频率，或者基于由声传感器从外部装置接收的请求或命令。
43.噪声测量可以是原始采样数据的集合。噪声测量中的参数的减少可以通过来自声传感器的转换输出的数字数据处理来完成。具体地，它可以是简单的最大值或均方根(rms)计算，以提供表示总噪声水平的测量的值。例如，在所选择的频带中，诸如10hz-1000hz。
44.在另一示例中，噪声测量可以是原始采样数据的统计分析，包括平均值、标准偏差和高阶矩。还可以使用更复杂的分析来通过将频率滤波到某些频带中，然后进行rms计算来建立噪声测量，以提供与不同频带相关联的噪声系数的范围。还可以引入频率滤波，以便去除不想要的已知频率，如电源频率。
45.此外，可以执行全快速傅里叶变换(fft)以提供声信号的全频谱，涉及噪声功率密度以及相关联的相位信息。后一水平的分析可能是期望的，以便执行互相关计算，其目的是对噪声源或泄漏的位置进行三角测量。然而，对于许多实际目的，来自较简单噪声系数计算的信息足以指示噪声源的位置。
46.还可以从由声传感器创建的多个噪声测量生成长时间评估的噪声测量。采样每个噪声测量之间的时段可以基本上长于创建单个噪声测量所涉及的时间。这样的噪声测量可以是指示平均型噪声水平的一个单个值。
47.此外，声传感器或外部装置可以被布置为计算指示平均噪声水平的相应频谱分量的多个值，例如，对应于朝向全频谱的所选择的频带，如1/1倍频程水平或1/3倍频程水平等。
48.声传感器还可以被布置为计算指示一段时间内的峰值噪声水平的峰值。另外，声传感器或外部装置可以被布置为计算指示一段时间内的噪声水平的多个不同值，这些值可以是统计参数，诸如平均值、rms值、标准偏差或高阶矩。通过在一段时间内进行测量并处理所测量的信号，可以减少要从声传感器传送的数据量。
49.因此，可以提供长时间评估的噪声水平(根据在时间分布上获取的多个噪声测量计算)和/或瞬时噪声测量(仅单个噪声测量)，主要差异是产生这些数字所涉及的时间尺度。
50.本领域技术人员将理解上面概述的原理以建立噪声测量并因此导出基线噪声测量或状态噪声测量。根据这些测量，可以检测并分类泄漏。替代地，可以应用噪声测量来确定管道子系统的管道的当前状态。
51.可以存在激活声传感器以远程建立状态噪声测量或基线噪声测量的进一步动作。该动作允许操作者方便地操作控制阀并相应地请求数据。
52.基线噪声测量可以提供基线。状态噪声测量可以提供附加信息，并且两个测量之间的差异可以用于确定当前状态。
53.确定、计算或查找可以在检测器中、在分散式处理器或基于云的处理器中执行，或者由中央处理器执行。
54.因此，本领域技术人员将能够在各种平台中实现计算部分。计算可以在声传感器中或由声传感器执行，并且当前状态由声传感器确定。计算也可以在包括声传感器的消耗量计或智能仪表中执行或由消耗量计或智能仪表执行，并且当前状态由消耗量计或消耗量计与声传感器之间的协作来确定。
55.传输的动作之后可以是接收基线噪声测量或状态噪声测量的动作。接收可以通过检测器；通过分散式处理器或基于云的处理器；或通过中央处理器进行。
56.因此，由声传感器传输的数据由至少一个单元收集，以用于确定、进一步传输、存储或以其他方式处理。即，确定的动作由检测器、分散式处理器或基于云的处理器或中央处理器中的一个或更多个执行。
57.以上公开的方法和系统可以用于或配置为处理具有多个消耗地点和布置在这些消耗地点中的一个、更多个或全部处的多个声传感器的管道子系统。
58.可以存在一种方法，其中，对包括布置在控制阀与多个声传感器之间的管道子系统的公用事业分配系统执行动作。可以对一个或更多个声传感器执行动作。因此，操作者可以打开控制阀并从至少一个、更多个或所有声传感器执行噪声测量。可以存在针对对应的声传感器的多个状态噪声测量。操作者可以关闭控制阀并执行来自相应声传感器的基线噪声测量。
59.一个目的可以通过一种泄漏检测系统来实现，该泄漏检测系统包括用于执行如上所公开的动作的装置。应当理解，动作显然可以手动执行。例如，关闭或打开控制阀的动作可以手动执行。然而，控制阀的操作也可以自动执行，并且因此利用用于关闭或操作控制阀的装置(即，自动化装置或致动器装置)来执行。
60.一个目的可以通过声传感器或包括声传感器或噪声检测模块的消耗量计来实现。声传感器或消耗量计包括通信单元，该通信单元被配置为接收激活或泄漏检测控制信号并传输测量和其他数据。声传感器或消耗量计可以被配置为在接收到相应的第一激活信号和第二激活信号之后，执行相应的基线声学噪声测量和状态声学噪声测量，并且传输相应的基线噪声测量和状态噪声测量。
61.一个目的可以通过一种检测器来实现，该检测器包括被配置为发送激活信号并接收噪声测量的发射器。检测器被配置为根据状态噪声测量和基线噪声测量来确定管道子系
统的当前状态。
62.包括声传感器或包含如所描述的声传感器和如所描述的检测器的消耗量计的检测套件可以被配置为用于相互通信和交互。因此，检测套件可以用于确定控制阀与至少一个声传感器之间的管道子系统的当前状态。
附图说明
63.将在附图中描述本发明的实施例，其中：
64.图1示出了确定控制阀与声传感器之间的管道子系统的当前状态的方法，
65.图2a和图2b示出了声传感器和检测器，
66.图3示出了状态噪声测量和基线噪声测量；例如从房屋内部，
67.图4示出了状态噪声测量和基线噪声测量；例如从房屋外部，
68.图5示出了控制阀与声传感器之间的管道子系统的安装；以及带有检测器的操作者的示例，
69.图6示出了具有管道子系统和多个声传感器的系统，
70.图7示出了计算实现的实施例，
71.图8、图9和图10示出了具有显示器的三个不同视图的遥控器。
具体实施方式
72.图1示出了确定1000管道子系统20的当前状态的方法，该管道子系统20是较大的流体供应或公用事业分配系统(诸如市政供水网络)的一部分。如图5和图6所示，管道子系统位于控制阀30与一个或更多个声传感器40之间，并且将在下面进一步描述。
73.该方法包括提供1210由噪声检测模块或声传感器40建立的状态噪声测量121的动作。提供1210状态噪声测量的动作可以是传输状态噪声测量121的动作。噪声的测量由作为独立单元或包括在消耗量计50中的声传感器40执行。替代地，噪声的测量可以由独立的声传感器(如泄漏检测传感器42)执行。基于这些测量，通过声传感器和/或消耗量计建立状态噪声测量，如下面还将更详细地解释的。
74.在控制阀30处于打开或部分打开状态的情况下执行状态噪声测量，使得水可以从公用事业分配系统流入管道子系统中。
75.在状态噪声测量的建立之后，存在调节或关闭或部分关闭1300控制阀30以防止或限制流体从公用事业分配系统流入管道子系统中的动作。该动作可以通过操作者手动操作控制阀来执行，或者如果例如控制阀被配置为用于远程激活则自动地执行。在控制阀的关闭之后，声传感器执行噪声的另一测量，并且基于该另一噪声测量，建立所确定的基线噪声测量122。
76.如本领域技术人员所设想的，当控制阀处于关闭或部分关闭状态或者处于打开或部分打开状态时的噪声测量也可以以相反的顺序执行，使得在状态噪声测量之前建立基线噪声测量。
77.另外，存在传输1220由声传感器40建立的基线噪声测量122的动作。声传感器40传输测量以用于例如在如图5所示的检测器中进行处理。
78.此外，存在根据状态噪声测量121和基线噪声测量122来确定当前状态1400的动
作。形成外部装置的检测器100或遥控器100可以执行确定管道子系统的当前状态的动作，如下面将进一步描述的。检测器或遥控器100可以与另外的外部计算系统(如中央处理器或另外的控制单元210)通信。之前和之后描述的数据分析的部分可以由这样的中央处理器210执行。
79.如图所示，还可以存在激活1100声传感器40以远程建立状态噪声测量或基线噪声测量的另一动作。激活可以基于从检测器100传输到声传感器的激活信号110。
80.图2a示出了集成到流体消耗量计50中的声传感器40的实施方式的示例性实施例。声传感器40适于连接到管道子系统20，并且被配置为测量来自管道子系统20中的流体流的噪声或声信号。基于噪声测量，声传感器被配置为建立噪声测量(也被称为状态噪声测量121)和基线噪声测量122。噪声测量可以由声传感器中的处理单元或其中包括传感器的消耗量计50中的处理单元来建立。如果声传感器40是消耗量计50的集成部分，则也用于确定消耗量计50的流量和消耗量的公共处理单元也可以用于建立噪声测量。
81.所建立的噪声测量可以包括由声传感器40确定的一个或多个值。声传感器40可以是专用声传感器，诸如包括压电元件的换能器，或者它可以基于本领域已知的另一种传感器技术，诸如是电容传感器、电感传感器、光学传感器或压阻式传感器(诸如压阻式应变仪)。声传感器40也可以是包括压电元件的换能器，其也用于例如根据飞行时间原理的超声流量测量。
82.在申请人的早期公开的专利申请(国际公开号wo 2017/005687)中进一步描述了使用用于超声流量测量的专用声传感器或换能器来测量噪声或声分布以建立噪声测量。
83.来自声传感器40的输出是模拟或数字的一个或更多个电信号。为了抑制不期望的频率(诸如电源频率)或聚焦于特定频带(如10hz-1000hz)，可以对来自声传感器的模拟电信号进行电子滤波。这些电子滤波器可以是高通滤波器、低通滤波器、陷波滤波器、梳状滤波器和带通滤波器。电滤波器可以是简单的一阶rc滤波器或其级联版本。也可以使用如lcr的高阶滤波器类型。在初始电子滤波之后，可以实现模拟评估部件，如峰值检测器、rms检测器或可切换滤波器，从而产生指示噪声的一个或多个值。
84.在电子滤波和模拟评估之后，可以使用具有被选择为匹配电子滤波的带宽的带宽的模数转换器(adc)来对信号进行数字化。替代地，模拟信号也可以在没有电子滤波和模拟评估的情况下从模拟转换为数字。在一个实施例中，adc的带宽是2khz，但是可以应用其他带宽，例如200hz-5khz。总采样时间的范围可以从大约100毫秒(ms)至1秒或更长。在一个实施例中，当adc带宽为2khz时，采样周期约为250ms，导致4hz的频率分辨率。
85.噪声测量可以是原始采样数据的集合。噪声测量中的参数的减少可以通过来自声传感器40的转换输出的数字数据处理来完成。具体地，它可以是简单的最大值或均方根(rms)计算，以提供表示总噪声水平的测量的值。例如，在所选择的频带中，诸如10hz-1000hz。
86.在另一示例中，噪声测量可以是原始采样数据的统计分析，包括平均值、标准偏差和高阶矩。更复杂的分析还可以通过将频率滤波到某些频带中，然后进行rms计算来建立噪声测量，以提供与不同频带相关联的噪声系数的范围。还可以引入频率滤波，以便去除不想要的已知频率，如电源频率。
87.此外，可以执行全快速傅里叶变换(fft)以提供声信号的全频谱，涉及噪声功率密
度以及相关联的相位信息。后一水平的分析可能是期望的，以便执行互相关计算，其目的是对噪声源的位置进行三角测量。然而，对于许多实际目的，来自较简单噪声系数计算的信息足以指示噪声源的位置。
88.在所有不同的噪声测量生成方法中，可以应用数字滤波。一些示例是但不限于fir滤波器和iir滤波器。滤波器特性可以是高通滤波器、低通滤波器、陷波滤波器、梳状滤波器和带通滤波器。也可以以这种方式抑制已知的不期望的频率，诸如电网频率。
89.为了创建更多的历史知识，可以从由声传感器创建的多个噪声测量生成附加的长时间评估的噪声测量。采样每个噪声测量之间的时段可以基本上长于创建单个噪声测量所涉及的时间。这样的噪声测量可以是指示平均型噪声水平的一个单个值。
90.此外，声传感器40可以被布置为计算指示平均噪声水平的相应频谱分量的多个值，例如，对应于朝向全频谱的所选择的频带，如1/1倍频程水平或1/3倍频程水平等。
91.声传感器40还可以被布置为计算指示一段时间内的峰值噪声水平的峰值。另外，声传感器40可以被布置为计算指示该时间段内的噪声水平的多个不同值，这些值可以是统计参数，诸如平均值、rms值、标准偏差或更高阶矩。通过在一段时间内进行测量并处理所测量的信号，可以减少要从声传感器传送的数据量。
92.因此，可以提供长时间评估的噪声水平(根据在时间分布上获取的多个噪声测量计算)和/或瞬时噪声测量(仅单个噪声测量)，主要差异是产生这些数字所涉及的时间尺度。
93.仍然参考图2a，声传感器40还包括通信装置或通信单元60，其被配置为接收激活信号110，例如第一激活信号111和第二激活信号112。声传感器40还包括通信装置，该通信装置被配置为传输所测量的噪声信号或噪声测量120(例如，状态噪声测量121和基线噪声测量122)的结果。
94.图2b公开了检测器或遥控器100(例如，泄漏检测器单元)，其包括收发器，该收发器被配置为发送激活信号110并接收噪声测量120，例如第一激活信号111和第二激活信号112以及噪声测量121、122。此外，检测器100可以被配置为并且设置有用于根据状态噪声测量121和基线噪声测量122来确定管道子系统20的当前状态1400的装置。检测器或遥控器100可以是具有相应软件应用程序的智能手机。智能手机可以经由通信单元与移动通信网络通信和/或直接与声传感器40的通信单元60通信。这可以通过相同的移动通信标准或任何其他合适的无线通信标准来实现。
95.转到图5，示出了可以应用所概述的方法的流体供应或公用事业分配系统。公用事业分配系统包括布置在控制阀30与安装在房屋中的声传感器40之间的管道子系统20。管道子系统被认为具有当前状态，该当前状态是诸如但不限于管道中存在的泄漏、管道被腐蚀或遭受结垢、流动是湍流、层流、具有空化等的状况。
96.噪声检测模块或声传感器40分别被示出为包括通信装置60，通信装置被配置为接收激活信号110并传输噪声测量120。声传感器40被配置为建立状态噪声测量121和基线噪声测量122。声传感器可以被配置为自主地发送噪声测量，或者在从检测器100接收到相应的第一激活信号111和第二激活信号112之后传输噪声测量。检测器100被配置为由能够关闭1300并控制控制阀30的操作者操作。
97.图6示出了可以应用所概述的方法的另一种流体供应或公用事业分配系统。公用
事业分配系统包括管道子系统20，管道子系统20被布置在控制阀30与安装在不同房屋中的多个声传感器40之间，其中，在该示例中，噪声检测模块或声传感器40集成到流体消耗量计50中。检测器100被配置为如前所述，并且还被配置为与多个声传感器40通信和交互。检测器100被配置为传输多个激活信号110。对于第一声传感器40，检测器100被配置为传输第一激活信号111和第二激活信号112，并且第一声传感器被配置为执行相应的状态噪声测量121和基线噪声测量122。同样地，检测器100被配置为与第二声传感器和另外的声传感器相互作用，并且基于从这些仪表接收的噪声测量来确定当前状态。
98.确定连接到多个声传感器40的管道子系统的当前状态可以涉及考虑来自多个声传感器40的基线噪声测量和状态噪声测量。基于多个测量，可以确定管道子系统或其一部分的当前状态。
99.参考图3和图4，下面将描述确定管道子系统的当前状态的过程。图3和图4示出了不同的场景，并且每个场景示出了由声传感器和/或消耗量计50建立的两个不同的噪声测量120。噪声测量120被图示为功率谱密度(psd)。一个噪声测量是状态噪声测量121，其示出了当控制阀30打开时管道子系统的声学分布，另一个是基线噪声测量122，其示出了当控制阀30关闭时管道子系统的声学分布。在这方面，参考图5和图6，图5和图6分别示出了布置在控制阀30与一个或更多个声传感器40之间的管道子系统。
100.在图3所示的场景中，基线噪声测量与状态噪声测量之间的差异不太显著，表明声传感器40主要检测“局部噪声”，其是源自特定设施的局部管道网络的噪声。这可能是家庭房屋的管道网络，并且噪声可能源自安装在房屋内部的循环泵、热交换器等。
101.图4示出了另一种情况，其中，基线噪声测量与状态噪声测量之间的差异更显著。如图所示，指示当控制阀打开时的声学分布的状态噪声测量121远高于基线噪声测量。因此，由声传感器检测到的噪声主要源自管道子系统20或公用事业分配系统在房屋外部的剩余部分。在这种情况下的噪声将来自安装在公用事业分配系统中的设备(诸如泵或阀)，或者由公用事业分配系统(包括管道子系统)中的泄漏引起。
102.因此，可以基于来自声传感器的基线噪声测量与状态噪声测量之间的一个或更多个差异或偏差来计算或导出管道子部段的当前状态。还可以基于来自多个声传感器的基线噪声测量与状态噪声测量之间的一个或更多个差异或差别来计算或导出管道子系统的当前状态。在确定当前状态时，可以在一段时间内的离散时间点考虑基线噪声测量与状态噪声测量之间的差异。当前状态可以例如基于基线噪声测量与状态噪声测量之间的差异随时间的发展来确定。基线噪声测量与状态噪声测量之间的差异随时间的增加可以例如指示正在演变的泄漏，诸如尺寸增大。各种统计参数也可以从基线噪声测量与状态噪声测量之间的差异随时间的发展导出，并用于确定当前状态。
103.图7示出了其中通过使用遥控器或检测器100来执行该方法的配置；分散式处理器或基于云的处理器200；或中央处理器210。来自声传感器40的噪声测量120可以经由通信系统或经由检测器100或经由用于声传感器40的单独的专用通信网络而直接传输到云200。
104.确定管道子系统的当前状态的方法可以涉及以下动作：在分散式处理器或基于云的处理器200；或中央处理器210中接收一个或更多个噪声测量120。同样地，确定的动作可以由分散式处理器或基于云的处理器200；或中央处理器210中的一个或更多个执行。特别地，可以由基于云的处理器200或控制处理器210提供复杂的数据分析。来自一个或更多个
声传感器40的结果可以被传送到公司并由公司管理。公司可以优先考虑泄漏并相应地组织维修。
105.上述声传感器和检测器也可以是检测套件或泄漏检测系统300的一部分，该检测套件或泄漏检测系统300包括用于执行所公开的动作的装置。这就是非手动动作。这样的检测套件或泄漏检测系统可以用于确定1000控制阀30与至少一个声传感器40之间的管道子系统20的当前状态。检测套件还可以被配置为检测管道子系统中的泄漏。
106.特别地参考图8至图10，通过示例的方式描述了另一方面。在该示例中，检测器100是智能手机100，其形成具有用于泄漏检测的软件应用程序的遥控器。遥控器100具有显示液体供应网络或管道系统的显示器102，其具有设置在消耗量计50中的不同声传感器40和在管道系统中可用的单独的泄漏检测传感器42。如图8所示，用户可以触摸地图中所示的相应传感器42或消耗量计50，以查看详细信息并选择动作。该动作可以是点击三个键c、s和a中的一个，其允许连接c，接收状态s或开始分析a。当点击a时，智能手机10将向特定传感器42或由特定地址(在该示例中为“123”)标识的消耗量计50发送泄漏检测控制信号。该泄漏检测控制信号可以使用在通信单元60中和遥控器100中实施的合适的无线通信标准直接发送到消耗量计50的通信单元60或泄漏检测传感器42。替代地，信号可以经由移动通信网络从遥控器100发送到中央计算机(如分散式处理器200)，然后经由单独的通信网络发送到通信单元60。因此，在遥控器100与通信单元60之间可以存在直接或间接通信。当接收到泄漏检测控制信号时，消耗量计50被设置为处于泄漏检测模式中，通过使用声传感器40开始声学或噪声测量，即，开始监听管道系统。然后，测量的数据可以直接发送回遥控器100，或者经由网络发送回分散式处理器200或中央处理器210以进行数据分析。然后将数据分析的结果发送回控制装置100以在其显示器102上可视化。
107.对于数据分析，遥控器100可以提供若干选项，例如如图9所示。在这种状态下，显示器102可以使声传感器40(即，流量消耗量计50或泄漏检测传感器42)的测量结果可视化。显示器102可以提供不同的虚拟键104以选择另外的选项。这例如可以是采样的回放、频率分析、泄漏位置的计算，以保存结果并显示最终分析。可以显示泄漏的最终分析或检测，如图10所示。在该步骤中，显示器102再次示出具有估计的泄漏位置的位置e的管道系统的地图。再次提供虚拟键104，用于选择进一步的动作，如保存结果或返回。
108.遥控器100(如具有显示管道系统的地图的显示器102的智能手机)的使用使得容易选择应当发送噪声测量以定位泄漏的那些泄漏检测传感器42和流量消耗量计50。通过使用多个传感器40，可以进行关联以更好地定位系统中的泄漏。不同的传感器(如流量消耗量计50中的传感器40和单独的泄漏检测传感器42)的使用可能引起它们不使用相同的数据协议的问题，即，“不说相同的语言”。为了克服这个问题，可以在系统中布置信号协调模块220。在该示例中，该模块被示出为集中式处理器200的一部分。然而，优选地是软件模块的一个或更多个信号协调模块220可以布置在系统中的任何合适的装置处。
109.此外，所有传感器40应该同时进行噪声测量可能是一个问题。可能难以同步测量。因此，由遥控器100发出的泄漏检测控制信号可以不直接开始测量，而是限定用于开始测量的预定义时间点，例如从现在起的半小时。此外，消耗量计50和泄漏检测传感器42中的测量时间或持续时间可以不同，优选地，泄漏检测传感器42在更长的持续时间内进行测量，使得可以确保测量的重叠。可以通过数据分析中的相关性找到所有传感器40同时测量的确切时
间点。
110.由于流体消耗量计50的能量供应由电池52提供，因此流体消耗量计50的能量消耗的管理非常重要。因此，流量消耗量计50内的控制装置被配置为，在电池中没有足够的剩余能量来确保流体消耗量计50的寿命的情况下，拒绝泄漏检测模式。这可以通过仅对泄漏检测模式的使用次数进行计数或通过测量剩余电池容量来完成。
111.112.