[發明專利]一種非介入式壓電型氣體管道泄漏次聲波檢測裝置

有效

• 申請號: 201310656020.X
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN103672416A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 劉翠偉;李雪潔;李玉星;孟令雅;錢昊鋮;曹鵬飛;劉光曉
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: F17D5/06
• 分類號: F17D5/06
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明屬于輸氣管道故障診斷與流動安全保障技術領域，尤其涉及一種非介入式壓電型氣體管道泄漏次聲波檢測裝置。

背景技術

天然氣管道的泄漏不僅造成能源浪費，對環境造成污染，還會危及人們的生命健康。特別是當氣體管道中的氣體為易燃、易爆或有毒氣體時，能夠及時、準確地發現泄漏是氣體管道泄漏檢測的關鍵問題。

現行的氣體管道泄漏檢測方法有質量/體積平衡法、應用統計法、負壓波法、瞬態模型法、分布式光纖法和聲波法等。但是這些方法包括現行的聲波法采用的傳感器多采用打孔安裝的方式，這不僅影響流體流態，導致過程參量測量不準，還會引入由于焊接質量等原因引起的安全隱患。雖然有一些便攜式非介入檢測儀器在氣體管道泄漏檢測方面具有很好的靈敏度，但由于它們的檢測距離有限，儀器使用易受風向、環境噪音等影響，因而得不到廣泛的應用。

氣體管道發生泄漏時，由于管內外壓差和氣體可壓縮性使氣體迅速沖出，管內壓力驟降，產生一個沖擊波信號，同時由于氣體與管壁的摩擦產生聲波信號，統稱為泄漏信號，泄漏信號一方面沿管內氣體介質傳播，一方面沿管壁傳播，由于信號中的高頻部分衰減較快，不能遠傳，因此通過感測氣體管道泄漏時沿管內氣體介質傳播的次聲波信號或沿管壁傳播的次聲波信號進行泄漏檢測是一種非介入式、可檢測較長距離、又有較高檢測靈敏度的氣體管道泄漏檢測方法，具有重大意義。

根據調研結果，現階段國內外涉及氣體管道泄漏聲波檢測的專利主要有：

美國專利US5117676公開了一種采用麥克風為感測元件的天然氣管道泄漏檢測系統；

美國專利US6389881公開了一種基于模式匹配濾波技術的實時管道泄漏聲學檢測方法和設備；

中國專利200720153848.3公開了一種介入式雙傳感器結構聲波氣體泄漏檢測技術；

中國專利200610072879.6公開了一種基于分布式光纖聲學傳感技術檢測管道泄漏的方法；

中國專利200710177617.0公開了一種基于壓力信號和聲波信號的泄漏檢測定位技術；

現有的專利較少涉及非介入式檢測，尚沒有發現基于非介入式次聲波傳感器檢測沿管道內部介質傳播或沿管壁傳播的泄漏聲波信號的氣體管道泄漏檢測方面的專利。

發明內容

本發明的目的在于提供一種非介入式壓電型氣體管道泄漏次聲波檢測裝置，旨在實現一種非介入式、可檢測較長距離、又有較高檢測靈敏度的氣體管道泄漏檢測方法。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種非介入式壓電型氣體管道泄漏次聲波檢測裝置，由磁性基座，底座，保護殼，受力隔膜，加速度補償塊，壓電晶體，電極，傳導電路，集成電路放大器，信號輸出端以及保護膜和套筒組成。磁性基座帶有磁性可以吸附在輸氣管道壁面外側，底座可以固定支撐裝置；保護殼對加速度補償塊，壓電晶體，電極，傳導電路，集成電路放大器，保護膜和套筒進行保護，與底座采用螺紋進給配合方式，保護殼可以旋緊；受力隔膜連接于保護殼上，具有良好的敏感性和振動特性，沿管內氣體介質傳播的次聲波信號或沿管壁傳播的次聲波信號使受力隔膜產生振動位移，安裝時需要通過旋緊保護殼使其緊貼輸氣管道管壁外側；加速度補償塊位于壓電晶體的上下兩側，與受力隔膜接觸的加速度補償塊將其振動位移轉換為振動加速度作用于壓電晶體；壓電晶體對振動加速度敏感，感測加速度補償塊傳遞來的受力隔膜振動加速度從而產生變形，進而產生電荷積聚；壓電晶體產生的電荷經過電極引導產生電流，流經傳導電路和集成電路放大器，電流經過放大通過信號輸出端輸出；套筒和保護膜對壓電晶體和加速度補償塊起到固定支撐和保護作用，同時對壓電晶體起到絕緣作用。

該裝置安裝時隨保護殼的旋緊，受力隔膜逐漸靠近管道外壁，直至螺紋全部旋進使得保護殼貼緊底座，從而使受力隔膜貼緊管道外壁。在保護殼的旋進過程中，信號輸出端的示數始終為零。

該裝置通過磁性基座吸附固定安裝于氣體管道管壁外側，通過感測氣體管道泄漏時沿管內氣體介質傳播的次聲波信號或沿管壁傳播的次聲波信號進行泄漏檢測，二者可以選擇其一進行檢測，也可以同時檢測，具體工作過程為：磁性基座吸附在管壁上，保護殼旋緊使受力隔膜緊貼管壁，感測沿氣體介質傳播的次聲波信號或沿管壁傳播的次聲波信號，產生振動位移，使與其接觸的加速度補償塊產生振動加速度，進而使壓電晶體產生變形從而產生電荷，通過電極引導，傳導電路傳輸和集成電路放大器放大，最后通過信號輸出端輸出信號。