基于主动声源的地下非金属燃气管道定位装置

本技术属于安全环保施工检测，尤其涉及一种基于主动声源的地下非金属燃气管道定位装置。

背景技术：

1、城市已有地下管线准确定位是老旧管线网改造、城市工程建设等安全环保施工的关键。其中，燃气管线铺设是市政工程中的一项基础民生保障工程，特别是天然气作为一种易燃、易爆炸的气体，稍有不慎发生泄漏或滞留都将造成严重后果，祸及千家万户。准确可靠的地下燃气管线探测技术是直接避免盲目开挖和管道泄漏造成事故和社会经济损失的关键技术，并且减少开挖成本、提高效率，为管道的安全稳定运行提供保障，具有非常重要的理论研究价值和现实意义。

2、地下燃气管道常用材料为非金属材质，如pe管材，其为惰性材质，不导电、不导磁，埋地敷设后，很难精准探测其位置及埋深。目前，有别于本实用新型涉及方法技术的其他地下燃气管道定位技术很多，如井中调查与开挖样洞相结合技术、直接开挖法、扦插法、示踪法、权属认证及看图法等等。上述方法存在缺陷较为明显：如直接开挖类方法费时费力、成本高；扦插法适用于表层覆盖土体较薄或松软工区；示踪法不适用于老旧管道；权属认证及看图法不适用于没有相关图纸、表层有过变动或施工权属单位不明确的管线探测项目。

3、目前，主动声源地下管道探测法是应用于非金属材质的地下管道较为普遍的方法技术，其工作原理是利用发射控制机驱动气体振动器通过放散阀或者调压箱对燃气管道施加特殊频率声波振动信号，使管道中的天然气产生特殊调制的振荡波信号，并沿管道定向传播至远端，该声波振动信号在管道压力气体中定向传播的同时，通过管壁和上覆盖层介质立体传播至地面；工作人员佩戴耳机听音器在管道上方地面上采集音频信号确定管道的位置。

4、主动声源探测法采用复合特殊频率的声波信号为主动信号源，主动信号具有强识别性和辨识度，不易受到人为因素及周边其他管线影响，使得探测结果准确率有所提高。但是这种方法目前仅利用声波分贝强度进行定位，存在效率低、检出率低、特别是无法确认目标管道的深度等缺点，仍属于定性检测方法。

5、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

6、(1)直接开挖类方法费时费力、成本高；扦插法适用于表层覆盖土体较薄或松软工区；示踪法不适用于老旧管道；权属认证及看图法不适用于没有相关图纸、表层有过变动或施工权属单位不明确的管线探测项目。

7、(2)基于主动声源的地下非金属燃气管道探测主要以人工佩戴耳机，采用管道返回地面的声音进行定性确定地面的位置，但是这种方法目前仅利用声波分贝强度进行定位，存在效率低、检出率低、特别是无法确认目标管道的深度等缺点，仍属于定性检测方法。

8、当前地下燃气管道定位领域还未见有针对主动声源的地下非金属燃气管道定位技术的定量研究报道，因此迫切需要开发一种创新性主动声源定位装置，用以对复杂城市工区地下非金属燃气管道定位。

9、解决上述技术问题的意义：

10、通过设计合理的基于主动声源观测装置，针对当前主动声源或有源声源无法定量定位、定深问题，提出基于地震波动的地下非金属燃气管道定位技术手段，将为不同铺设环境的地下燃气管道探测、城市涉管道区域安全环保施工以及地下燃气管网的健康、高效运行提供技术保障。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种基于主动声源的地下非金属燃气管道定位装置，本实用新型可实现地下非金属燃气管道的精确定量定位，为城市地下燃气管道管网的健康、高效运行提供技术保障。

2、本实用新型是这样实现的，一种基于主动声源的地下非金属燃气管道定位装置，包括：主动声源发射机、振动器及接口、固定微动探测器、可移动微动探测器、直线型观测装置、地下非金属燃气管道、地面、上覆盖层介质、定位点位。

3、主动声源发射机设置于地面上，主动声源发射机与振动器及接口通过导线相连，固定微动探测器设置于地面上，具体设置在地面主动声源发射机连接振动器井口位置，靠近振动器一侧，可移动微动探测器按照直线型观测装置设置于地下非金属燃气管道的上方地面，上覆盖层介质中定义管道定位点位。

4、进一步，在振动器及接口上设置安装有放散阀和调压箱，放散阀和调压箱分别与接口连接固定。

5、进一步，直线型观测装置设置安装在可移动微动探测器的顶端，可移动微动探测器设置为五个，分别通过导线相连接。

6、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本实用新型所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

7、第一、本实用新型采用主动声源振动器对燃气管道施加可选频率声波振动信号，使管道中的天然气产生振荡波信号，并沿管道定向传播至远端，该高幅值的声波振动信号在管道压力气体中定向传播的同时，通过管壁和上覆盖层介质立体传播至地面，因而可极大提高地面接收的振动信号幅值，抗噪能力强。

8、本实用新型基于地面微动探测器接收的振动信号，提取地下非金属燃气管道返回的振动信号，拾取管道振动信号传播至不同位置微动探测器的时间；根据不同位置接收点的时间差，构建方程组，定量求解地下非金属燃气管道位置信息，突破当前主动声源或有源声源地下非金属燃气管道依靠人工佩戴耳机接收声音进行定性定位的技术难题，实现了高精度、高效定量的地下非金属燃气管道定位。

9、第二，本实用新型的固定微动探测器确定管道垂直段和水平段距离总和，及在管道定位点及按直线型观测装置布置的可移动微动探测器；振动器通过放散阀或者调压箱对燃气管道施加可选频率声波振动信号；地面微动探测器接收来自地下返回的振动信号。

10、本实用新型提供的基于主动声源地下非金属燃气管道定位装置为微动探测装置，该装置采用连续时间采样间隔进行直接接收振动信号，在定位管道内产生稳定的、传播距离较远的较高强度振动信号，抗噪能力强，接收信号分辨率高。

11、本实用新型针对地下非金属燃气管道定位，可填补地下非金属燃气管道定量定位的空白。该地下非金属燃气管道定位技术通过推广，将为不同铺设环境的地下燃气管道探测、城市涉管道区域安全环保施工以及地下燃气管网的健康、高效运行提供技术保障。

12、第三，作为本实用新型的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：

13、本实用新型的技术方案填补了国内外业内技术空白：

14、本实用新型填补了基于主动声源的地下非金属燃气管道定量定位技术的空白，将为不同铺设环境的地下燃气管道探测、城市涉管道区域安全环保施工以及地下燃气管网的健康、高效运行提供技术保障。

15、本实用新型的技术方案是否克服了技术偏见：

16、本实用新型将微动探测理论与当前基于主动声源地下非金属燃气管道定位紧密的结合在一起，充分发挥了二者在各自领域中的优势，将高效的微动探测理论集成在传统的地下非金属燃气管道定位应用中。

技术特征：

1.一种基于主动声源的地下非金属燃气管道定位装置，其特征在于，包括：主动声源发射机、振动器及接口、固定微动探测器、可移动微动探测器、直线型观测装置、地下非金属燃气管道、上覆盖层介质；

2.如权利要求1所述的基于主动声源的地下非金属燃气管道定位装置，其特征在于，在振动器及接口上设置安装有放散阀和调压箱，放散阀和调压箱分别与接口连接固定。

3.如权利要求1所述的基于主动声源的地下非金属燃气管道定位装置，其特征在于，直线型观测装置设置安装在可移动微动探测器的顶端，可移动微动探测器设置为五个，分别通过导线相连接。

技术总结
本技术属于安全环保施工检测技术领域，公开了一种基于主动声源的地下非金属燃气管道定位装置，包括：主动声源发射机、振动器及接口、固定微动探测器、可移动微动探测器、直线型观测装置、地下非金属燃气管道、地面、上覆盖层介质、定位点位。主动声源发射机设置于地面上，主动声源发射机与振动器及接口通过导线相连，固定微动探测器设置于地面上，靠近振动器一侧，可移动微动探测器按照直线型观测装置设置于地下非金属燃气管道的上方地面，上覆盖层介质中定义管道定位点位。本技术采用连续时间采样间隔进行直接接收振动信号，在定位管道内产生稳定的、传播距离较远的较高强度振动信号，抗噪能力强，接收信号分辨率高。

技术研发人员：李静和,张玉净
受保护的技术使用者：桂林理工大学
技术研发日：20230424
技术公布日：2024/1/14