CN101319955A - 提取次声波监测管道泄漏的方法 - Google Patents

Abstract

为了克服现有采用次声波监测管道泄漏信息获取技术的不足，本发明提出了采用采用管道现有仪表提取次声波监测管道泄漏的原理和方法，采用这种方法监测某一段管道时，不必在管道上装声传感器，直接通过压力变送器和流量计采集压力、流量信号，再从中分离筛选出次声波信号。现在结合附图说明，首先是采集数据，将这些含有各种频率的压力、流量信号存入数据库1。然后进行频谱分析2，将分析选出的次声波信号分类，提取其特征，再存入数据库3，以4输出给下一流程分析泄漏使用。

Description

提取次声波监测管道泄漏的方法

所属技术领域：

本发明涉及一种管道泄漏监测方法，尤其是利用次声波进行管道泄漏监测的方法。

背景技术：

目前，公知的将声波监测用于各种管道泄漏监测方法中，有管道泄漏预警和泄漏监测报警两种技术。管道泄漏预警的技术：有以色列HADAS公司用于管道外部安装地震波检波器的声波预警技术；国内一些厂家在管线外壁上安装的高灵敏度传感器实时采集声波信号监测管道的技术。在泄漏监测报警方法中：有中国200520025297.3号实用新型专利申请，该申请采用动压式波导型声波传感器监测管道；还有能根据输送管道动态变化设定量程的音波管道泄漏监测仪——电声换能器，接收管道运行过程中由于泄漏引起介质瞬间物理扰动而产生的次声波。

这两种类型的技术都有一个需要另外装声波传感器的特点，受声波本身物理特性的约束，这些传感器要么是频带窄，适应面小，要么是每个传感器检测距离不大，需要在管道上安装多个传感器，因此，采用这两种办法获取管道泄漏信息的技术应用范围受到了限制。

发明内容：

为了克服现有次声波信息获取技术的不足，本发明提出了采用采用管道现有仪表提取次声波监测管道泄漏的原理和方法，并且说明了利用压力、流量仪表采集数据提取次声波是最好的方法。这种方法实施容易，可以提高泄漏监测的灵敏度，减少误报警，提高定位精度。

本发明解决问题的技术路线是：直接采集管道输送过程中的流量压力数据，采用软件处理这些数据，提取其中的次声波，用于监测管道泄漏。

流体在管道中输送时，不论液体还是气体，其本身作为声源体的同时也是声波传播介质。介质流动中受各种因素影响，质点间时而疏松，时而紧密，因而产生压强忽小、忽大变化的压力波，也就是声波；一旦管道发生泄漏，泄漏点也会产生声波；这两种波动都导致了流量的变化，这从P-T和Q-T曲线上可以看得很清楚，这就是分析管道运行状态和泄漏的基础。经检测试验，借助于频谱分析，我们可以看到，这些几乎涵盖全波段的声波都会在介质中传播，但是，波长比较短的超声波和可闻声波在距离声源不太远的位置就逐渐被介质吸收而消失了，而且波长越短，吸收衰减的也越快，只有次声波传播的距离较远，能传到几千米至十几万千米以外。次声波的传播速度和可闻声波相同，虽然它不能引起人们听觉器官的感觉，但它对我们分析管道泄漏具有无可替代的应用价值。管道泄漏后会产生各频段的声波，如果想通过可闻声波和超声波监测管道泄漏，只有在管道沿程装有很多传感器，而这样做显然是不合理的。管道一旦发生泄漏，泄漏点声源中只有剩下来未被吸收的次声波信号能够传到远端的传感器。只要泄漏点不是出现在传感器附近，传感器也就只能检测到泄漏所产生的次声波部分。

所以，远程监测管道泄漏，只有分析次声波才有价值。为了通过次声波获得管道泄漏信息，就必须有合适的传感器。研究表明，对于一个工作压力区远大于其波动压力的管道，监测可闻声波和超声波可以采用声传感器，但监测次声波就不行了。因为管道发生泄漏产生的次声波都是多频谱的合成波，很复杂，频域和幅值变化差异非常大，监测管道泄漏对信息的要求是不失真的监测到任何流体状态的变化，要求传感器的频响范围足够宽，一般电容式压力变送器频率相应区0～10Hz，采用扩散硅传感器制造的压力变送器可以达到0～1000Hz；在强度变化上，变化的区间达几帕～数十兆帕，要使用一个次声波传感器检测这么大范围变化的数据是做不到的，然而，这样变化的区间正是压力变送器的合理工作区，所以，压力变送器是远程监测管道泄漏的最好传感器。

本发明解决问题技术方案的是：要采用次声波监测的某一段管道泄漏，不必在管道上装声传感器，直接通过压力变送器和流量计采集压力、流量信号，然后采用软件的办法提取所需要的次声波即可。

附图说明：

附图是本发明内容原理图。首先是采集数据，将这些含有各种频率的压力、流量信号存入数据库1；然后进行频谱分析2；将分析选出的次声波信号分类；提取其特征，再存入数据库3；以4输出给下一流程分析泄漏使用。因为声波在传输过程中沿传输路径成指数规律衰减，频率越高衰减的越快。泄漏信号在管道内流体中同时向两边传播，根据这些特点，我们可以从信号的频率和强度两方面数值变化上判断信号源发生的位置，将这些不同特点的信息作为神经元的输入信号，经过处理，就能够及时发现管道泄漏，准确报警定位，做到没有误报警。

通过某管道泄漏监测的一个实施例，我们看到这种方法非常有效，达到了监测灵敏度高，没有误报警的目标，证明本发明是成功的。

Claims (1)

1. 为了克服现有次声波信息获取技术的不足，本发明提出了采用采用管道现有仪表提取次声波监测管道泄漏的原理和方法，并且说明了利用压力、流量仪表采集数据提取次声波是最好的方法。这种方法实施容易，可以提高泄漏监测的灵敏度，减少误报警，提高定位精度；本发明解决问题的技术路线是，直接采集管道输送过程中的流量压力数据，采用软件处理这些数据，提取其中的次声波，用于监测管道泄漏；流体在管道中输送时，不论液体还是气体，其本身作为声源体的同时也是声波传播介质。介质流动中受各种因素影响，质点间时而疏松，时而紧密，因而产生压强忽小、忽大变化的压力波，也就是声波；一旦管道发生泄漏，泄漏点也会产生声波；这两种波动都导致了流量的变化，这从P-T和Q-T曲线上可以看得很清楚，这就是分析管道运行状态和泄漏的基础。经检测试验，借助于频谱分析，我们可以看到，这些几乎涵盖全波段的声波都会在介质中传播，但是，波长比较短的超声波和可闻声波在距离声源不太远的位置就逐渐被介质吸收而消失了，而且波长越短，吸收衰减的也越快，只有次声波传播的距离较远，能传到几千米至十几万千米以外。次声波的传播速度和可闻声波相同，虽然它不能引起人们听觉器官的感觉，但它对我们分析管道泄漏具有无可替代的应用价值。管道泄漏后会产生各频段的声波，如果想通过可闻声波和超声波监测管道泄漏，只有在管道沿程装有很多传感器，而这样做显然是不合理的。管道一旦发生泄漏，泄漏点声源中只有剩下来未被吸收的次声波信号能够传到远端的传感器。只要泄漏点不是出现在传感器附近，传感器也就只能检测到泄漏所产生的次声波部分；所以，远程监测管道泄漏，只有分析次声波才有价值。为了通过次声波获得管道泄漏信息，就必须有合适的传感器。研究表明，对于一个工作压力区远大于其波动压力的管道，监测可闻声波和超声波可以采用声传感器，但监测次声波就不行了。因为管道发生泄漏产生的次声波都是多频谱的合成波，很复杂，频域和幅值变化差异非常大，监测管道泄漏对信息的要求是不失真的监测到任何流体状态的变化，要求传感器的频响范围足够宽，一般电容式压力变送器频率相应区0～10Hz，采用扩散硅传感器制造的压力变送器可以达到0～1000Hz；在强度变化上，变化的区间达几帕～数十兆帕，要使用一个次声波传感器检测这么大范围变化的数据是做不到的，然而，这样变化的区间正是压力变送器的合理工作区，所以，压力变送器是远程监测管道泄漏的最好传感器；本发明解决问题技术方案的是：要采用次声波监测的某一段管道泄漏，不必在管道上装声传感器，直接通过压力变送器和流量计采集压力、流量信号，然后采用软件的办法提取所需要的次声波即可。现在结合附图说明本发明。首先是采集数据，将这些含有各种频率的压力、流量信号存入数据库1。然后进行频谱分析2，将分析选出的次声波信号分类，提取其特征，再存入数据库3，以4输出给下一流程分析泄漏使用。因为声波在传输过程中沿传输路径成指数规律衰减，频率越高衰减的越快。泄漏信号在管道内流体中同时向两边传播，根据这些特点，我们可以从信号的频率和强度两方面数值变化上判断信号源发生的位置，将这些不同特点的信息作为神经元的输入信号，经过处理，就能够及时发现管道泄漏，准确报警定位，做到没有误报警。