专利名称:探测管道积水位置的声学方法及其设备的制作方法
一种探测管道积水位置的声学方法及其设备，属于一种声学探测方法，尤其用于探测煤气管道内积水位置的方法和设备。
埋在地下的管道(如煤气管道)，往往由于地基的不均匀沉降或其它工程施工而造成局部下陷，致使管内反坡积水，影响煤气供应。管内积水能使煤气火跳火小，甚至煤气中断，发生煤气事故，影响生产和居民生活，造成很大的经济损失和社会影响。在本发明之前，没有一种可供使用的探测地下煤气管内积水的有效方法，只能等到煤气供应矛盾突出时采取开挖地面的方法寻找积水点位置。一般要挖开路面几十米，经济损失巨大。据上海市1984年统计，由于反坡积水而造成的事故多达2000多次，用挖开路面造成经济损失达百万元以上。
据查一些工业发达的国家，因用的煤气都是经过去湿处理的干煤气，不存在煤气管内积水问题。因此，也没有解决煤气管内积水的探测方法及设备。
本发明的目的，即在于在不挖开路面的情况下来确定地下管道内的积水位置。采用的是声学探测方法(包括主动探测法和被动探测法)，在被测管道的一定间距的开口处置入发射、接收换能器来测出管道内积水位置。
本发明的要点是利用被测管道(如煤气管道)在一定间距开口处(如煤气管所设置的抽水井)将声发射换能器，声接收换能器置入抽水井中，采用声学探测法即可测出积水位置。
本发明的内容是采用的声学探测方法，分为主动探测法和被动探测法两种。
1.主动探测方法即在煤气管道的同一抽水井内安置声发射换能器和声接收换能器。根据接收换能器接收到的反射声时刻相对于发射时刻有一时间差τ，和用煤气现场声速测量装置在现场测定的煤气中声速值C来计算积水处的位置。
实施例(1)即为附图1所示是声学主动探测法的示意图。〔10〕是地下煤气管，〔8〕和〔11〕是抽水井，信号发生器〔3〕受主控器〔4〕控制发射1-8KC/S的脉冲信号，通过声发射换能器〔1〕转换成声信号，迂到积水处〔9〕的反射波由声接收换能器〔2〕接收后转换成电信号，经滤波放大器〔5〕送入示波器〔12〕上显示，再通过定时确定接收器收到的反射声时刻相对于发射时刻的时延τ並送到距离显示器〔6〕，同时距离显示器还收到煤气声速测量装置〔7〕输出的频率正比于声速C的脉冲数，此时距离显示器〔6〕即显示出煤气管内的积水位置。如设接收器〔2〕与积水处〔9〕的距离为S，则S＝Cτ/2，其中C为煤气中的声速，τ为声发射时刻与接收时刻的时间差。
实施例(2)即附图2所述为被动声学探测法的示意图。其一是，〔26〕为煤气管道内积水位置。煤气通过时产生的晃动声，由安装在抽水井口〔24〕、〔25〕处的声接收器〔13〕、〔14〕接收经滤波器〔15〕、放大器〔16〕，其中一路经延时器〔17〕后，二路同时送入相乘器〔18〕、积分器〔19〕，相关输出指示器〔20〕进行相关处理，把相关输出指示为极大值时的时延τ输入距离显示器〔22〕，同时将由声速测量装置〔21〕输出的频率正比于声速的脉冲数输入距离显示器〔22〕，则距离显示器〔22〕即显示出积水处的位置。
其二是，当煤气通过积水处激起的晃动声(为宽带随机噪声)在积水处与煤气管端口之间来回反射产生驻波，从而使声信号在某些频率上增强，在另一些频率上减弱，根据在管道两端收到的声波信号，由频率仪〔23〕分析频谱特性来确定积水位置。
本发明的优点是不挖开路面，可节省大量资金，不影响交通和居民生活，能在现场准确地找到积水位置，经济效益十分显著。
本发明的特征之一是主动探测方法中使用的声发射换能器和声接收换能器，图3为其实施例图。〔27〕为声发射换能器，发射频率为1-8KC/S，〔29〕为声接收换能器。〔27〕、〔29〕，即声发射换能器和声接收换能器同装在一个杆子上，放入同一个抽水井中，直径小于20Cm;接收换能器采用驻极体话筒和压电陶瓷管二种形式，从几十赫到8千赫之间有平坦的频率响应和较好的相位一致性，接收灵敏度要高。发射换能器和接收换能器之间有良好的隔声层，背后部位有吸声后档〔28〕，吸声后档采用软性材料组成为多层结构，体积可压缩，以便通过抽水井口时体积可压缩变小，便于放入取出，到抽水井后能张开起到吸声作用。
本发明的特征之二是无论主动探测法还是被动探测法，都必须进行煤气声速的现场测量。因为煤气的成份含量不同，因此其声速也不相同。本发明采用环鸣法在现场测量煤气声速。图4是该方法的实施例示意图。测量装置有一个管与煤气管道以螺纹相接，测量装置顶部有一个共用的声发射一声接收换能器〔30〕，发射的超声脉冲经过底部反声板〔31〕反射后，由接收器〔30〕接收，经过放大器一整形-计数器〔32〕输出频率正比于煤气声速的脉冲数至距离显示器;同时又用其去触发第二次发射，如此循环，即形成“循环脉冲”。其频率为f＝1/T＝C/2L，其中T为发射超声脉冲的重复周期，L为接收-发射器到反声板之间的距离、C为煤气中声速。为减少发射器的余振，在测量装置的两端装有软性的吸声材料〔33〕。
本发明的特征之三是有一能直接显示距离的距离显示器，它是由与门〔34〕和计算显示器〔35〕组成。无论是声学主动法还是被动法，均测得一与距离成正比的时延τ，由于煤气成分的不同，其声速C也不同，为了在不同声速的煤气管中测量距离S，在主动法中S＝Cτ/2，式中C为煤气声速，τ为反射波的时延，根据现场声速测量装置所测得的声速C＝2Lf，(其中L、f的定义见特征之二)，代入S＝Lτf，当L取1米时，则S＝τf。
图5为该方法的原理图，〔34〕为一与门，输入正比于煤气声速的脉冲数f，以脉宽为反射波时延τ的脉冲作为开门脉冲，则在计数显示器〔35〕上所记下并显示的脉冲数即为所测得的距离S。
权利要求
1.一种探测管道积水位置的声学方法，属于一种声学探测方法，尤其是用于探测煤气管道中积水位置的方法，其特征在于采用声学探测(包括主动探测法和被动探测法)方法，在被测管道一定间距的开口处置入发射、接收换能器测得管道内障碍或积水位置。
2.根据权利要求
1所述的声学方法，其中声学主动探测方法的特征在于发射换能器〔1〕，接收换能器〔2〕由同一个开口处置入管道，发射换能器发射一声脉冲迂到积水处〔9〕反射后由接收换能器接收，其接收时刻相对于发射时刻有一时延τ，用它来控制由煤气声速测量装置〔7〕输出的脉冲数，由距离显示器〔6〕显示积水位置。
3.根据权利要求
1所述的声学方法，其声学被动探测方法的特征是接收换能器〔13〕〔14〕，分别置于煤气管两个相邻的抽水井〔24〕〔25〕中，接收积水〔26〕的晃动声，经过滤波器〔18〕、积分器〔19〕、相关输出指示器〔20〕进行相关处理，用时延τ来控制由煤气声速测量装置〔21〕输出的脉冲数，由距离显示器〔22〕显示出积水位置。
4.根据权利要求
3所述的声学被动探测的法，其特征是接收换器〔13〕〔14〕分别显示煤气管相邻的二个抽水井〔24〕〔25〕中，把积水的晃动声分别送入频谱分析器〔23〕进行频谱分析，根据频谱特征来确定积水位置。
5.一种测探管道，尤其是地下煤气管道积水位置的设备是一种声学探测系统，用于在被测管道的一定间距开口处，置于发射-接收换能器测得管道障碍和积水位置的系统。
6.根据权利要求
5所述的声学系统，其特征在于声学主动测测系统，包括主控器〔4〕控制的信号发生器〔3〕，经发射换能器〔1〕发射声脉冲，接收换能器〔2〕接收迂管道中积水的反射声波，经滤波放大器〔5〕把相对于发射时刻的有一时延τ来控制由煤气声速测量装置〔7〕输出的脉冲数，由距离显示器〔9〕显示出积水位置的控制系统。
7.根据权利要求
5所述的声学系统，其特征在于声学被动探测系统包括二个分别置于管道积水〔26〕二端的水井〔24〕、〔25〕的开口处的接收换能器〔13〕〔14〕，接收到的积水声经滤波器〔15〕、放大器〔16〕，其中一路经时延器〔17〕与另一路同时到达相乘器〔18〕、积分器〔19〕至相关输出指示器〔20〕，当指示器〔20〕指示相关函数最大值时，把用时延τ来控制的由煤气声速测量装置〔21〕输出的脉冲数，送入由距离显示器〔22〕，而显示出的恰是积水位置。
8.根据权利要求
5、7所述的声学被动探测设备，其特征在于接收换能器〔13〕、〔14〕分别置于水井〔24〕、〔25〕中，接收积水处〔26〕的晃动声，送入频谱分析器〔23〕分别进行频谱处理。
9.根据权利要求
6所述的声学探测系统，其特征在于发射换能器〔27〕的背后面有由软性材料组成的多层结构的吸声后档〔28〕。
10.根据权利要求
6所述的声学探测系统，其特征在于接收换能器〔29〕、〔13〕、〔14〕采用驻极体话筒和压电陶瓷园管换能器。
11.根据权利要求
6、7所述的声学探测系统，其特征在于煤气声速现场测量装置，它包括共用的发射-接收换能器〔30〕，发射声脉冲经过反射板〔31〕后由发射-接收换能器〔30〕接收，经放大整形-计数电子线路〔32〕输出频率正比于煤气声速的脉冲数，同时直接显示声速。
12.根据权利要求
6、7所述的声学探测系统，其特征在于距离显示器〔6〕、〔22〕，它把由主动方法中测得的反射脉冲时延或在被动法中相关处理的时延τ来控制的声速测量装置〔7〕或〔21〕输出的脉冲数输入距离显示器中中，直接显示出距离。
专利摘要
一种探测管道中积水位置，尤其用于探测地下煤气管道积水位置的方法和设备，属于一种声学探测方法。
文档编号G01F23/28GK86102512SQ86102512
公开日1988年5月4日 申请日期1986年9月5日
发明者张叔英, 孙耀秋, 凌鸿烈, 朱元庆, 郑克敏 申请人:中国科学院东海研究站, 上海市煤气公司管线管理所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan