專利名稱：提取次聲波監(jiān)測(cè)管道泄漏的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種管道泄漏監(jiān)測(cè)方法，尤其是利用次聲波進(jìn)行管道泄漏監(jiān)測(cè)的方法。

背景技術(shù)：
目前，公知的將聲波監(jiān)測(cè)用于各種管道泄漏監(jiān)測(cè)方法中，有管道泄漏預(yù)警和泄漏監(jiān)測(cè)報(bào)警兩種技術(shù)。管道泄漏預(yù)警的技術(shù)有以色列HADAS公司用于管道外部安裝地震波檢波器的聲波預(yù)警技術(shù)；國(guó)內(nèi)一些廠家在管線外壁上安裝的高靈敏度傳感器實(shí)時(shí)采集聲波信號(hào)監(jiān)測(cè)管道的技術(shù)。在泄漏監(jiān)測(cè)報(bào)警方法中有中國(guó)200520025297.3號(hào)實(shí)用新型專利申請(qǐng)，該申請(qǐng)采用動(dòng)壓式波導(dǎo)型聲波傳感器監(jiān)測(cè)管道；還有能根據(jù)輸送管道動(dòng)態(tài)變化設(shè)定量程的音波管道泄漏監(jiān)測(cè)儀——電聲換能器，接收管道運(yùn)行過程中由于泄漏引起介質(zhì)瞬間物理擾動(dòng)而產(chǎn)生的次聲波。
這兩種類型的技術(shù)都有一個(gè)需要另外裝聲波傳感器的特點(diǎn)，受聲波本身物理特性的約束，這些傳感器要么是頻帶窄，適應(yīng)面小，要么是每個(gè)傳感器檢測(cè)距離不大，需要在管道上安裝多個(gè)傳感器，因此，采用這兩種辦法獲取管道泄漏信息的技術(shù)應(yīng)用范圍受到了限制。


發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有次聲波信息獲取技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了采用采用管道現(xiàn)有儀表提取次聲波監(jiān)測(cè)管道泄漏的原理和方法，并且說明了利用壓力、流量?jī)x表采集數(shù)據(jù)提取次聲波是最好的方法。這種方法實(shí)施容易，可以提高泄漏監(jiān)測(cè)的靈敏度，減少誤報(bào)警，提高定位精度。
本發(fā)明解決問題的技術(shù)路線是直接采集管道輸送過程中的流量壓力數(shù)據(jù)，采用軟件處理這些數(shù)據(jù)，提取其中的次聲波，用于監(jiān)測(cè)管道泄漏。
流體在管道中輸送時(shí)，不論液體還是氣體，其本身作為聲源體的同時(shí)也是聲波傳播介質(zhì)。介質(zhì)流動(dòng)中受各種因素影響，質(zhì)點(diǎn)間時(shí)而疏松，時(shí)而緊密，因而產(chǎn)生壓強(qiáng)忽小、忽大變化的壓力波，也就是聲波；一旦管道發(fā)生泄漏，泄漏點(diǎn)也會(huì)產(chǎn)生聲波；這兩種波動(dòng)都導(dǎo)致了流量的變化，這從P-T和Q-T曲線上可以看得很清楚，這就是分析管道運(yùn)行狀態(tài)和泄漏的基礎(chǔ)。經(jīng)檢測(cè)試驗(yàn)，借助于頻譜分析，我們可以看到，這些幾乎涵蓋全波段的聲波都會(huì)在介質(zhì)中傳播，但是，波長(zhǎng)比較短的超聲波和可聞聲波在距離聲源不太遠(yuǎn)的位置就逐漸被介質(zhì)吸收而消失了，而且波長(zhǎng)越短，吸收衰減的也越快，只有次聲波傳播的距離較遠(yuǎn)，能傳到幾千米至十幾萬千米以外。次聲波的傳播速度和可聞聲波相同，雖然它不能引起人們聽覺器官的感覺，但它對(duì)我們分析管道泄漏具有無可替代的應(yīng)用價(jià)值。管道泄漏后會(huì)產(chǎn)生各頻段的聲波，如果想通過可聞聲波和超聲波監(jiān)測(cè)管道泄漏，只有在管道沿程裝有很多傳感器，而這樣做顯然是不合理的。管道一旦發(fā)生泄漏，泄漏點(diǎn)聲源中只有剩下來未被吸收的次聲波信號(hào)能夠傳到遠(yuǎn)端的傳感器。只要泄漏點(diǎn)不是出現(xiàn)在傳感器附近，傳感器也就只能檢測(cè)到泄漏所產(chǎn)生的次聲波部分。
所以，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管道泄漏，只有分析次聲波才有價(jià)值。為了通過次聲波獲得管道泄漏信息，就必須有合適的傳感器。研究表明，對(duì)于一個(gè)工作壓力區(qū)遠(yuǎn)大于其波動(dòng)壓力的管道，監(jiān)測(cè)可聞聲波和超聲波可以采用聲傳感器，但監(jiān)測(cè)次聲波就不行了。因?yàn)楣艿腊l(fā)生泄漏產(chǎn)生的次聲波都是多頻譜的合成波，很復(fù)雜，頻域和幅值變化差異非常大，監(jiān)測(cè)管道泄漏對(duì)信息的要求是不失真的監(jiān)測(cè)到任何流體狀態(tài)的變化，要求傳感器的頻響范圍足夠?qū)挘话汶娙菔綁毫ψ兯推黝l率相應(yīng)區(qū)0～10Hz，采用擴(kuò)散硅傳感器制造的壓力變送器可以達(dá)到0～1000Hz；在強(qiáng)度變化上，變化的區(qū)間達(dá)幾帕～數(shù)十兆帕，要使用一個(gè)次聲波傳感器檢測(cè)這么大范圍變化的數(shù)據(jù)是做不到的，然而，這樣變化的區(qū)間正是壓力變送器的合理工作區(qū)，所以，壓力變送器是遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管道泄漏的最好傳感器。
本發(fā)明解決問題技術(shù)方案的是要采用次聲波監(jiān)測(cè)的某一段管道泄漏，不必在管道上裝聲傳感器，直接通過壓力變送器和流量計(jì)采集壓力、流量信號(hào)，然后采用軟件的辦法提取所需要的次聲波即可。



附圖是本發(fā)明內(nèi)容原理圖。首先是采集數(shù)據(jù)，將這些含有各種頻率的壓力、流量信號(hào)存入數(shù)據(jù)庫1；然后進(jìn)行頻譜分析2；將分析選出的次聲波信號(hào)分類；提取其特征，再存入數(shù)據(jù)庫3；以4輸出給下一流程分析泄漏使用。因?yàn)槁暡ㄔ趥鬏斶^程中沿傳輸路徑成指數(shù)規(guī)律衰減，頻率越高衰減的越快。泄漏信號(hào)在管道內(nèi)流體中同時(shí)向兩邊傳播，根據(jù)這些特點(diǎn)，我們可以從信號(hào)的頻率和強(qiáng)度兩方面數(shù)值變化上判斷信號(hào)源發(fā)生的位置，將這些不同特點(diǎn)的信息作為神經(jīng)元的輸入信號(hào)，經(jīng)過處理，就能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道泄漏，準(zhǔn)確報(bào)警定位，做到?jīng)]有誤報(bào)警。
通過某管道泄漏監(jiān)測(cè)的一個(gè)實(shí)施例，我們看到這種方法非常有效，達(dá)到了監(jiān)測(cè)靈敏度高，沒有誤報(bào)警的目標(biāo)，證明本發(fā)明是成功的。
權(quán)利要求
為了克服現(xiàn)有次聲波信息獲取技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了采用采用管道現(xiàn)有儀表提取次聲波監(jiān)測(cè)管道泄漏的原理和方法，并且說明了利用壓力、流量?jī)x表采集數(shù)據(jù)提取次聲波是最好的方法。這種方法實(shí)施容易，可以提高泄漏監(jiān)測(cè)的靈敏度，減少誤報(bào)警，提高定位精度；本發(fā)明解決問題的技術(shù)路線是，直接采集管道輸送過程中的流量壓力數(shù)據(jù)，采用軟件處理這些數(shù)據(jù)，提取其中的次聲波，用于監(jiān)測(cè)管道泄漏；流體在管道中輸送時(shí)，不論液體還是氣體，其本身作為聲源體的同時(shí)也是聲波傳播介質(zhì)。介質(zhì)流動(dòng)中受各種因素影響，質(zhì)點(diǎn)間時(shí)而疏松，時(shí)而緊密，因而產(chǎn)生壓強(qiáng)忽小、忽大變化的壓力波，也就是聲波；一旦管道發(fā)生泄漏，泄漏點(diǎn)也會(huì)產(chǎn)生聲波；這兩種波動(dòng)都導(dǎo)致了流量的變化，這從P-T和Q-T曲線上可以看得很清楚，這就是分析管道運(yùn)行狀態(tài)和泄漏的基礎(chǔ)。經(jīng)檢測(cè)試驗(yàn)，借助于頻譜分析，我們可以看到，這些幾乎涵蓋全波段的聲波都會(huì)在介質(zhì)中傳播，但是，波長(zhǎng)比較短的超聲波和可聞聲波在距離聲源不太遠(yuǎn)的位置就逐漸被介質(zhì)吸收而消失了，而且波長(zhǎng)越短，吸收衰減的也越快，只有次聲波傳播的距離較遠(yuǎn)，能傳到幾千米至十幾萬千米以外。次聲波的傳播速度和可聞聲波相同，雖然它不能引起人們聽覺器官的感覺，但它對(duì)我們分析管道泄漏具有無可替代的應(yīng)用價(jià)值。管道泄漏后會(huì)產(chǎn)生各頻段的聲波，如果想通過可聞聲波和超聲波監(jiān)測(cè)管道泄漏，只有在管道沿程裝有很多傳感器，而這樣做顯然是不合理的。管道一旦發(fā)生泄漏，泄漏點(diǎn)聲源中只有剩下來未被吸收的次聲波信號(hào)能夠傳到遠(yuǎn)端的傳感器。只要泄漏點(diǎn)不是出現(xiàn)在傳感器附近，傳感器也就只能檢測(cè)到泄漏所產(chǎn)生的次聲波部分；所以，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管道泄漏，只有分析次聲波才有價(jià)值。為了通過次聲波獲得管道泄漏信息，就必須有合適的傳感器。研究表明，對(duì)于一個(gè)工作壓力區(qū)遠(yuǎn)大于其波動(dòng)壓力的管道，監(jiān)測(cè)可聞聲波和超聲波可以采用聲傳感器，但監(jiān)測(cè)次聲波就不行了。因?yàn)楣艿腊l(fā)生泄漏產(chǎn)生的次聲波都是多頻譜的合成波，很復(fù)雜，頻域和幅值變化差異非常大，監(jiān)測(cè)管道泄漏對(duì)信息的要求是不失真的監(jiān)測(cè)到任何流體狀態(tài)的變化，要求傳感器的頻響范圍足夠?qū)挘话汶娙菔綁毫ψ兯推黝l率相應(yīng)區(qū)0～10Hz，采用擴(kuò)散硅傳感器制造的壓力變送器可以達(dá)到0～1000Hz；在強(qiáng)度變化上，變化的區(qū)間達(dá)幾帕～數(shù)十兆帕，要使用一個(gè)次聲波傳感器檢測(cè)這么大范圍變化的數(shù)據(jù)是做不到的，然而，這樣變化的區(qū)間正是壓力變送器的合理工作區(qū)，所以，壓力變送器是遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管道泄漏的最好傳感器；本發(fā)明解決問題技術(shù)方案的是要采用次聲波監(jiān)測(cè)的某一段管道泄漏，不必在管道上裝聲傳感器，直接通過壓力變送器和流量計(jì)采集壓力、流量信號(hào)，然后采用軟件的辦法提取所需要的次聲波即可?，F(xiàn)在結(jié)合

本發(fā)明。首先是采集數(shù)據(jù)，將這些含有各種頻率的壓力、流量信號(hào)存入數(shù)據(jù)庫1。然后進(jìn)行頻譜分析2，將分析選出的次聲波信號(hào)分類，提取其特征，再存入數(shù)據(jù)庫3，以4輸出給下一流程分析泄漏使用。因?yàn)槁暡ㄔ趥鬏斶^程中沿傳輸路徑成指數(shù)規(guī)律衰減，頻率越高衰減的越快。泄漏信號(hào)在管道內(nèi)流體中同時(shí)向兩邊傳播，根據(jù)這些特點(diǎn)，我們可以從信號(hào)的頻率和強(qiáng)度兩方面數(shù)值變化上判斷信號(hào)源發(fā)生的位置，將這些不同特點(diǎn)的信息作為神經(jīng)元的輸入信號(hào)，經(jīng)過處理，就能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道泄漏，準(zhǔn)確報(bào)警定位，做到?jīng)]有誤報(bào)警。
全文摘要
為了克服現(xiàn)有采用次聲波監(jiān)測(cè)管道泄漏信息獲取技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了采用采用管道現(xiàn)有儀表提取次聲波監(jiān)測(cè)管道泄漏的原理和方法，采用這種方法監(jiān)測(cè)某一段管道時(shí)，不必在管道上裝聲傳感器，直接通過壓力變送器和流量計(jì)采集壓力、流量信號(hào)，再?gòu)闹蟹蛛x篩選出次聲波信號(hào)。現(xiàn)在結(jié)合

，首先是采集數(shù)據(jù)，將這些含有各種頻率的壓力、流量信號(hào)存入數(shù)據(jù)庫1。然后進(jìn)行頻譜分析2，將分析選出的次聲波信號(hào)分類，提取其特征，再存入數(shù)據(jù)庫3，以4輸出給下一流程分析泄漏使用。
文檔編號(hào)G01M3/24GK101319955SQ20071011058
公開日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2007年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月7日
發(fā)明者陳久會(huì) 申請(qǐng)人:北京昊科航科技有限責(zé)任公司