CH667737A5

CH667737A5 - Verfahren und geraet zur ortung von rohschaeden mit wenigstens einem mikrophon.

Info

Publication number: CH667737A5
Application number: CH1731/82A
Authority: CH
Inventors: Eugen Jaeckle
Original assignee: Seba Mess Ortungstech
Priority date: 1981-03-31
Filing date: 1982-03-22
Publication date: 1988-10-31
Also published as: GB2099995B; GB2099995A; DE3112829A1; ATA122482A; DD202210A5; JPS5832108A; FR2503363A1; JPH0230455B2; AT386669B; US4457163A; FR2503363B1; DE3112829C2

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise mit dem Gegenstand der US-PS 3 626 750 bekannt geworden. Bei diesem bekannten Verfahren wird zur Abhorchung eines schadhaften Rohres an den willkürlichen Stellen jeweils eine Frequenz-Ana-lyse vorgenommen. Man sucht also nicht nach der lautesten Stelle.

Als Anzeigeinstrument wird ein Oszillograph verwendet, der ein nicht speicherbares und schwierig ablesendes Bild ergibt, denn die Bedienungsperson muss sich aus der Vielzahl der Kurvendarstellungen die ihn interessierende Kurve heraussuchen. Beim Übergang von der einen Messstelle zur anderen muss er dann den bei einer bestimmten Frequenz sich ergebenden Schallwert merken, um diesen Schallwert mit dem an der nächsten Messstelle gemessenen vergleichen zu können. Bei dem beschriebenen Verfahren wird keine breitbandige Frequenz-Analy-se durchgeführt, sondern es müssen die einzelnen Frequenzen nacheinander ausgemessen werden, was zu einer umständlichen und schwierigen Messmethode führt. Mit dem Oszillographen kann nicht der Kulminationspunkt der Lautstärkenverteilung mit einem Blick sichtbar gemacht werden und nachdem keine Speichermöglichkeit besteht, haftet diesem bekannten Verfahren der Nachteil an, nur umständlich handhabbar zu sein und im übrigen eine Reihe von Fehlerquellen zu bieten.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Gerät nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2 so weiterzubilden, dass die betreffende Bedienungsperson unmittelbar und gewissermassen mit einem Blick, ggf. nach einer Umschaltung, die Amplitudenverteilung und die Frequenzverteilung in den gemessenen Frequenzbändern übersieht.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe dient die in den Patentansprüchen 1 bzw. 2 wiedergegebene technische Lehre.

An der Austrittsstelle des Wasserstrahls aus dem schadhaften Rohr entsteht ein Körperschall, der sich kugelförmig ausbreitet. Er gelangt zum einen direkt an die Erdoberfläche und versetzt zum anderen über das Erdreich die Rohrleitung in Schwingung. In Abhängigkeit des Aufpralldruckes, der Mitschwingeeigenschaft des Rohres und der Körperschall-Dämp-fung des Erdreichs können so an der Erdoberfläche unterschiedliche Frequenzen mit unterschiedlichen Intensitäten auftreten. Zudem sind in der Nähe von Mauerfundamenten, Kanalschächten und dergleichen Reflexionen anzutreffen, die sich dem eigentlichen Leckgeräusch überlagern.

Die Schall-Leitfähigkeit von Stahl-, Guss- und Kunststoffrohren unterscheidet sich wesentlich. Bei Kunststoffrohren, sei es PVC, PE oder AZ, ist die Schall-Leitfähigkeit sehr gering. Sie kann bei Messungen ausser Acht gelassen werden. Diese Situation führt dazu, dass bei der Abhorch-Methode mit Bodenmikrophonen der Abstand der einzelnen Messpunkte unterschiedlich gehandhabt werden muss. Bei Stahlrohren genügt ein Abstand der einzelnen Messpunkte von ca. 3 Metern. Bei Gussleitungen sind es 1,50 m und bei Kunststoffrohren nur noch 0,75 m. Werden beim Abhorchen einer Rohrleitung zu grosse Abstände zwischen den einzelnen Messpunkten gewählt, so besteht die Gefahr, eine Leckstelle zu überhören. Vor allem beim Nichtmetallrohr mit der punktuellen Ausbreitungszone des Körperschalls ist mit dieser Schwierigkeit zu rechnen.

Als Gerät zur Ortung von Rohrschäden mit wenigstens einem Mikrophon sieht die Erfindung ein Gerät gemäss den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 2 vor.

Das Gerät besitzt acht Messwertspeicher, die nacheinander aktiviert werden. An der ersten Messstelle wird das vom Bodenmikrophon aufgenommene Geräusch ausserdem an einer linearen Leuchtdiodenskala angezeigt.

Die Skalierung umfasst einen Bereich 0 - 10, wobei immer nur der oberste Punkt des erreichten Messwertes erscheint. Diese Leuchtdiodenskala ist helligkeitsgesteuert, so dass sie auch bei hellem Tageslicht bequem abgelesen werden kann. Bei Nacht entfällt die sonst notwendige Beleuchtung der Skala.

Soll ein Messwert gespeichert werden, so wird der von der Skala angezeigte Wert von einem elektronischen Speicher übernommen und kann dort über Stunden festgehalten werden. Nun wird die nächste Messstelle abgehorcht und der dort auftretende Körperschall auf der zweiten Skala angezeigt.

Auch dieser Wert wird anschliessend gespeichert. Auf diese Weise werden nacheinander beispielsweise acht Messstellen überprüft und deren Messwerte festgehalten. Nach Aktivierung und Anzeige aller acht Messwerte können diese alle zur gleichen Zeit betrachtet werden. So erkennt man mühelos die Messstelle, an der die grösste Körperschall-Intensität gemessen wurde. Die Verbindungslinie der oberen Skalenmarkierung zeigt damit ein Lautstärke-Diagramm der untersuchten Strecken an.

Auch bei der Vorortung von Leckstellen am Wasserrohrnetz ist der Messwertspeicher zu verwenden. Mussten doch bisher die mit dem Taststab an den zugänglichen Kontaktstellen auf5

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genommenen Werte notiert werden, Um die verlustbehaftete Strecke zwischen zwei Abhorchpunkten zu erkennen. Hier wird nun ein Messwert nach dem anderen gespeichert, um dann in der «Abfragestellung» genaue Auskunft darüber zu erhalten, zwischen welchen Messpunkten die verlustbehaftete Leitung liegt.

Die Stelle der grössten Lautstärke muss nicht unbedingt auch die Leckstelle sein. Deshalb ist das in dieser Stelle auftretende Geräusch bzw. Frequenzspektrum zu analysieren, d.h. auf die einzelnen Frequenzanteile zu untersuchen. Dazu werden die acht Leuchtdioden-Skalen jeweils einer bestimmten Frequenz zugeordnet. Der Frequenzabstand von Stufe zu Stufe beträgt jeweils 1,5 Oktaven und umfasst den für die Lecksuche interessierenden Frequenzbereich von 70 Hz bis 1800 Hz.

Die einzelnen Frequenzen sind in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel:

70 - 106 - 160 - 240 - 360 - 540 - 800 - 1800 Hz.

Zur Frequenzanalyse wird das Geophon an der lautstärksten Messstelle aufgestellt und die Breitbandverstärkung so gewählt, dass kein Signal über einen Skalenverlauf hinausgeht. Nun zeigen die einzelnen Skalen die Intensität der ihnen zugeordneten Frequenzen an. So kann beispielsweise die Haupt- und Vorzugsfrequenz von Leckgeräuschen ermittelt werden, ohne dass das menschliche Gehör mitwirkt.

Frequenzen über 600 Hz sind für die Leckortung erfah-rungsgemäss ungewöhnlich und müssen daher als Störfrequenz betrachtet werden.

Als nächste Messung erfolgt die Feinortung. Um störende Frequenzen herausfiltern zu können, ist das Gerät vom bisherig gen Breitbandbetrieb in einen Filterverstärker umzuschalten. Es stehen dazu acht hochselektive, im Oktavabstand gewählte, elektronische Filter zur Verfügung. Die durch die Frequenzanalyse ermittelte Leckfrequenz ist an einem der acht Filter einzustellen, so dass der Verstärker jetzt vorzugsweise diese Frequenz verstärkt und andere, d.h. Störfrequenzen, in hohem Masse unterdrückt. Damit ist die Gewähr gegeben, dass bei der Feinortung nur die wirklich interessierende Frequenz verstärkt, abgehört und gemessen wird. Eine falsche Filtereinstellung, die ohne Frequenzanalyse unvermeidbar ist, ist damit nicht mehr möglich.

Durch das Zusammenwirken dieser drei neuen Baugruppen in Verbindung mit einem seit Jahren in der Praxis bewährten, rauscharmen Verstärker wird eine schnellere und genauere Rohrschadenortung ermöglicht. Die Belastung des Messpersonals wird ebenfalls reduziert und lässt daher auch von dieser Seite eine höhere Effizienz erwarten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisiert das Verfahren nach der Erfindung mit Teilen des Gerätes;

Fig. 2 schematisiert die Geräuschkurve (Amplitude in Abhängigkeit von der Entfernung zur Austrittsstelle am Rohr)

über einer Schadenstelle am Rohr;

Fig. 3 Beispiel der Frequenzanzeige bei der Frequenzanalyse mit Hilfe der Leuchtdiodenanzeiger;

Fig. 4 Beschriftung der Balkendiagramm-Anzeige am Gerät;

Fig. 5 perspektivische Vorderansicht des Gerätes mit halbgeöffnetem Deckel.

In Fig. 1 ist schematisiert ein schafthaftes Rohr 10 gezeigt, das im Erdreich 15 verlegt ist, und bei dem an der Austrittsstelle 12 z.B. Wasser in Pfeilrichtung 13 austritt und ein Geräusch in Form einer Kugelwelle 14 verursacht, die sich kugelförmig im Erdreich 15 fortpflanzt und unter anderem auch zur Oberfläche 16 des Erdreiches 15 gelangt. An der Oberfläche ist längs des Rohrverlaufs an der Messstelle 1 ein Mess-Mikrophon 11 aufgestellt, das über ein Messkabel 9 mit einem Analog-Verstärker 17 verbunden ist. Der Verstärker 17 arbeitet im ersten Teil des Verfahrens als Analog-Spitzenverstärker, wo das vom Messmikrophon 11 erfasste Geräusch-Maximum einem digitalen Speicher 18 zugeführt wird, der das erfasste Geräusch-Maxi-mum auf der Speicheranzeige 19 und zwar im Balkendiagramm 20 zur Anzeige bringt.

Das Balkendiagramm 20 kann entweder aus einer Fluoreszenz-Anzeige oder einer Leuchtdiodenzeile bestehen, wobei jeweils nur der Maximumwert auf der Leuchtdiodenzeile angezeigt wird.

Das Messmikrophon 11 wird nun an den Ort der Messwelle 2 verschoben und das Geräusch wird über den Verstärker 17 wiederum erfasst und das Geräuschmaximum dem Speicher 18 zugeführt, der dieses auf dem Balkendiagramm 21 anzeigt. In gleicher Weise wird mit der Messstelle 3 und dem Balkendiagramm 22 verfahren, ebenso mit der Messstelle 4, die ihr Geräuschmaximum auf dem Balkendiagramm 23 zur Anzeige bringt; die Messstellen 5-8 sind den Balkendiagrammen 24-27 zugeordnet.

Verbindet man sämtliche Maximumwerte der Balkendiagramme miteinander, dann bekommt man eine Amplitudenkurve 28, wo das Balkendiagramm 24 das Geräuschmaximum 29 anzeigt. Man weiss nun, dass in der Gegend der Messstelle 4-5 die schadhafte Stelle zu suchen ist.

Der Abstand der Messstellen 1-8 voneinander ergibt sich aus dem Diagramm der Fig. 2. Dort ist ersichtlich, dass bei einem PVC-Rohr der Abstand der Messstellen nicht grösser als 75 cm gewählt werden darf, während bei einem Stahlrohr der Abstand der Messstellen voneinander bis zu 300 cm betragen kann.

Das Messmikrophon 11 kann an den Messstellen 4-5 noch an mehreren Stellen dichter zusammengesetzt nacheinanderfol-gend auf dem Erdboden aufgesetzt werden, wodurch wiederum eine weitere Amplitudenkurve auf dem Balkendiagramm 20 - 27 erzeugt werden kann.

Auf diese Weise kann sehr schnell und sehr genau der Schadensort bzw. die Austrittsstelle 12 in dem schadhaften Rohr 10 ermittelt werden.

Zur Frequenz-Analyse wird der Verstärker 17 umgeschaltet, und das an der lautesten Messstelle ermittelte Schadensgeräusch wird vom Verstärker auf einen Frequenz-Analysator 41 gegeben, der ein — entsprechend Fig. 3 — gezeigtes Frequenz-Histogramm auf den Speicher 18 und auf die Balkendiagramme 20 - 27 erzeugt. Hier ist ersichtlich, dass in dem lokalisierten Schadensgeräusch die Frequenz von 250 Hz vorherrscht.

Es handelt sich also um ein Frequenz-Maximum 30, in der Gegend von 240 Hz.

Fig. 4 zeigt als Ausführungsbeispiel die Frontbeschriftung der Balkendiagramm-Anzeige, wo ersichtlich ist, dass eine normierte Skala von 0-10 vorhanden ist, wobei zunächst acht Messungen gemäss Fig. 1 und der dazugehörenden Beschreibung durchgeführt werden. Am Ort des lautesten Schadengeräusches wird auf Frequenz-Analyse umgeschaltet und es gilt dann der obere Teil der Beschriftung, so dass die am Gerät angeordneten Balkendiagramme sowohl zur Ermittlung des Geräuschmaximums als auch zur Ermittlung der Frequenz-Verteilung im Schadensgeräusch herangezogen werden können. Es handelt sich also um eine reine Histogramm-Anzeige.

Fig. 5 zeigt das Ausführungsbeispiel eines solches Gerätes, das in einem Gehäuse 31 mit einem, an der Oberseite klappbar angeordneten, Deckel 32 untergebracht ist.

In dem Deckel 32 sind der Grösse und Formgebung ange-passte Ausschnitte 33 vorgesehen, so dass die in Fig. 4 gezeigte Skala mit den Balkendiagrammen 20 - 27 von aussen her sichtbar bei geschlossenem Deckel 32 ist. Die Leuchtdiodenanzeige ist vom Tageslicht abhängig helligkeitsgesteuert, so dass auch bei hellem Licht eine sichere Anzeige und Ablesung möglich ist.

Es ist ein Netzschalter 34 zur Einschaltung der Netzwechsel-

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Spannung vorhanden und auch ein Batterieschalter 35, mit dem das Gerät — unabhängig vom Netz — betrieben werden kann. Ferner ist ein Kopfhörer-Anschluss 36 vorhanden, um- neben der Lautsprecher-Abhörung noch eine Kopfhörer-Abhörung zu gewährleisten. Zur Frequenz-Fein-Analyse kann ein Oktavfilter 37 eingeschaltet werden, die Normierung auf der Skala erfolgt mit Hilfe des Verstärkungseinstellers 38.

Mit dem Einsteller 39 kann die Kopfhörer-Lautstärke eingestellt werden, während mit dem Umschalter 40 von Frequenz-Analyse auf Geräusch-Maximum-Messung umgeschaltet wird, und umgekehrt.

5 Das gesamte Gerät ist sehr klein und handlich und bedeutet eine wesentliche Arbeitsersparnis bei der Rohrschadenssuche sowie eine wesentliche Verbesserung der Betriebssicherheit.

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2 Blätter Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zur Ortung von Rohrschäden durch Abhorchung des das schadhafte Rohr (10) umgebenden Erdreichs (15) im Bereich gleichbleibender Entfernungen und Erfassung des Austrittsgeräusches mittels wenigstens eines Mikrophons (11), das am Eingang eines Verstärkers (17) angeordnet ist, der eine optische Anzeige für das Geräuschmaximum ansteuert, wobei an der Messstelle (1; 8) des Geräuschmaximums eine Frequenzanalyse durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichbleibenden Entfernungen entsprechend dem Material des schadhaften Rohres gewählt werden, dass die Amplitude jeder Messstelle (1-8) einem digitalen Speicher (18) eingespeichert wird, der eine optische Anzeige (19) ansteuert, die sichtbar die Amplitudenkurve (28) längs des schadhaften Rohres (10) darstellt, und dass das an der Messstelle des Geräuschmaximums (29) ermittelte Frequenzspektrum ebenfalls in den digitalen Speicher (18) eingespeichert wird, um auf der optischen Anzeige (19) die ermittelte Frequenzverteilung darzustellen.

2. Gerät zur Ortung von Rohrschäden mit wenigstens einem Mikrophon, dessen Ausgangssignal mit einer Schaltung mit einem Verstärker mit einer optischen Intensitätsanzeige sowie einem Frequenzanalysator zugeleitet werden, der die ermittelten Frequenzbänder mit Hilfe einer Reihe von optischen Anzeigeelementen anzeigt, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Messstelle (1-8) ein digitaler Speicher (18) zugeordnet ist, in den die ortsbezogene Amplitude oder die Intensität der Frequenz des jeweiligen Bandes des ermittelten Frequenzspektrums einspeicherbar ist, und dass der Ausgang des digitalen Speichers (18) nach Amplitude oder Frequenz jeweils das oberste, optische Anzeigeelement einer normierten Skala einer Balkenanzeige (20-27) ansteuert.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Balkendiagramm (20) als Leuchtdiodenzeile ausgebildet ist.

4. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Balkendiagramm (20) als Fluoreszenz-Anzeige ausgebildet ist.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige des Balkendiagramms (20) in Abhängigkeit vom Tageslicht helligkeitsgesteuert ist.

6. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät in einem Gehäuse (31) angeordnet ist, dessen klappbarer Deckel (32) die Bedienungselemente abdeckt und der der Anzahl und Grösse der Balkendiagramme (20-27) angepasste Ausschnitte (33) aufweist.