[發明專利]基于短時能量和線性擬合的泄漏信號傳播速度測量方法

有效

• 申請號: 201710042631.3
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106594529B
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 徐科軍;何飛;葉國陽
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: F17D5/06
• 分類號: F17D5/06
• 代理公司: 合肥金安專利事務所 34114
• 代理人: 劉文軍

本發明涉及一種基于短時能量和線性擬合的泄漏信號傳播速度測量方法。對兩路敲擊信號分別進行預處理；對預處理后的信號取平方；加移動窗分別計算兩路敲擊信號的短時能量；根據短時能量曲線選取閾值，確定兩路敲擊信號起始點，計算敲擊信號的傳播時間；測量敲擊信號在同一傳播距離下的平均傳播時間；對不同傳播距離下的平均傳播時間進行線性擬合，得到擬合直線，其斜率的倒數就是聲速。

技術領域

本發明屬于流體輸送管道的泄漏檢測定位技術領域，具體涉及一種以數據采集系統為基礎的基于短時能量與線性擬合的泄漏信號傳播速度(以下簡稱聲速)的測量方法。

背景技術

在流體輸送管道的維護中，管道泄漏檢測定位技術十分重要。現有的用于管道泄漏檢測定位的方法包括基于聲發射原理的互相關檢測法，以及基于非聲發射原理的管道模型法、流量平衡法、壓力梯度法、氣體追蹤法、紅外成像法等。其中，基于聲發射原理的互相關檢測方法因其檢測成本低、檢測性能高而得到了廣泛的應用。

當管道上存在一個漏點的時候，由于管內壓力大于管外壓力，使得管道內的水向外噴射，形成振動聲發射信號，該信號沿著管壁向管道兩端傳播。互相關檢測法通過將兩個壓電傳感器安裝在有泄漏的管道的兩端，拾取泄漏點發出的聲發射信號。對兩個壓電傳感器的輸出信號預處理后進行互相關分析，測量出泄漏信號傳播到布置在管道兩端的兩個壓電傳感器的傳播時間差T；再設法得到泄漏聲發射信號沿著管壁傳播的速度V(以下簡稱聲速)。設安裝在管道上的兩個壓電傳感器之間的距離為L，泄漏點在兩個壓電傳感器之間距離其中一個壓電傳感器的距離為D，根據泄漏點定位公式D＝(L-V*T)/2，就可以確定泄漏點的位置。可見，準確測量聲速是確保泄漏點定位精度的關鍵因素之一。

聲速測量的難點在于聲速會隨著管道的材質、幾何特性以及管道周圍的環境的不同而變化。目前測量聲速的方法主要有三種：經驗聲速查表法、公式法以及敲擊實測法。

在經驗聲速查表法中，通過統計管道在不同管材、管齡和管徑下的經驗聲速，并根據管道的相關參數，查表得到聲速。由于該方法簡單方便，適合程序查表處理，重慶大學(楊進.供水管道泄漏檢測定位中的信號分析及處理研究[D].重慶大學,博士學位論文，2007.)和華南理工大學(孫凱杰.基于TMS320VC5402的供水管道泄漏檢測定位系統設計與實現[D].華南理工大學，碩士學位論文，2014)在研制的相關檢測儀中使用了該方法，但是，由于這種方法沒有考慮實際環境因素對聲速的影響，導致查表得到的聲速與實際管道的聲速相差較大。

在公式法中，聲速取決于管道的彈性模量、管道的直徑、管道的厚度、環境溫度等物理量。西北工業大學(梁坤鵬,劉志宏,劉彥森,等.泄漏管道中振動波波速特性研究[J].噪聲與振動控制,2008,28(5):44-47.)和華中科技大學(劉敬喜,李天勻,劉土光,等.基于波傳播方法的埋地管道的振動特性分析[J].固體力學學報,2005,26(2):187-192.)對泄漏信號在管壁上傳播的特性進行研究，通過對管道中聲速的傳播特性進行建模，得到管道聲速的計算公式。通過獲取發生泄漏管道的這些相關參數，利用建模得到的聲速計算公式，從而計算出待測管道的聲速。但是，實際供水管道的情況非常復雜，實際上較難得到公式中所需的相關參數的準確值，而且建模得到的公式本身也不一定準確。

在實際中，通常采用敲擊法實測管道的聲速。敲擊法又可以分為負壓波法和直接敲擊法。負壓波法是利用管道內部產生的負壓波信號測量聲速，而直接敲擊法是從管外施加一個沖擊來測量聲速。

國際商業機器公司(嚴駿馳,李峻榮,田春華,等.在流體輸送管道中估計負壓波的波速的方法及裝置:CN103822097A[P].2014.)利用流體輸送管道的正常操作而產生的負壓波信號來測量聲速。該方法在閥門的前后各安裝3個壓電傳感器拾取負壓波信號；再對這6個壓電傳感器拾取的6路負壓波信號分別進行小波處理去除噪聲，提取出負壓波信號；然后，確定負壓波到達相鄰的兩個壓電傳感器的時間差；最后得到波速。