CN104456089B - 一种流体管道多泄漏点定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流体管道多泄漏点定位方法，该方法通过在被测管道上设置两个传感装置，所述两个传感装置之间间隔一定距离，且传感装置所在位置形成采集点，所述被测管道在两个采集点之间存在一个或多个泄漏点；然后利用信号稀疏性进行源数目估计和盲源分离，得到泄漏点的个数，并分离出各泄漏源信号；最后对分离信号进行分析，采用相关分析方法定位各个泄漏点。本发明提供一种流体管道多泄漏点定位方法，能够实现单个泄漏点定位，也适用于多个泄漏点定位，可以弥补现有定位方法的不足，并能降低漏失检测成本，提高泄漏检测定位的效率。

Description

一种流体管道多泄漏点定位方法

技术领域

本发明属于管道检测领域，涉及一种流体管道多泄漏点定位方法。

背景技术

在流体管道泄漏检测中，基于声信号的检测技术因其操作简便和定位的准确性而被广泛采用。在过去的20多年里，最普遍采用的方法是Fuches和Riehle发展的基于声振动信号相关分析的定位技术。这种相关分析的方法在泄漏点两侧的管道上同时采集声振动信号，通过两路声振动信号来估计泄漏信号传播到两探测点之间的时间延迟，结合信号在管道中的传播速度和两探测点之间的距离等先验知识来判断漏点位置。这类方法假设被检测管段中存在唯一的泄漏声源。然而，在实际工程应用中，被检测管段泄漏情况不可预测，流体管道可能遭遇在同一管段中发生多处泄漏的情况。这时，检测信号成为多源混合信号，各泄漏源信号对应的时延信息无法被有效提取，造成无法定位或者定位不准确。因此，亟需一种不仅能实现单个泄漏点定位，也能适用于多个泄漏点定位的方法，可以弥补现有定位方法的不足。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种流体管道多泄漏点定位方法。该方法不仅能实现单个泄漏点定位，也能适用于多个泄漏点定位。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种流体管道多泄漏点定位方法，该方法包括以下步骤：

S1：在被测管道上设置两个传感装置，传感装置所在位置形成采集点，所述两个传感装置之间间隔一定距离，所述被测管道在两个采集点之间至少存在一个泄漏点；

S2：利用信号稀疏性进行源数目估计和盲源分离，得到泄漏点的个数，并分离出各泄漏源信号；

S3：对分离信号进行分析，采用相关分析方法定位各个泄漏点。

进一步，所述利用信号稀疏性进行源数目估计和盲源分离的过程包括以下步骤：

S21：两观测信号x₁(k)和x₂(k)用如下的信号模型表示：

其中，两个传感装置形成采集点1和采集点2，在采集点获取的观测信号分别为x₁(k)和x₂(k)，两个采集点间的泄漏点个数N未知，s_i(k),i＝1,2,…,N,表示各泄漏点产生的泄漏源信号，s_i(k)之间是相互独立的，M为获取的观测信号的点数；

S22：设在某时刻m，只有源信号s_n取值非零，其它源信号幅值皆很小或为零，则根据S1中的公式，可得

则

其中m∈{1,…,M}；

S23：在观测信号的散点图上，对观测信号数据点进行聚类分析，聚集直线的条数即为源信号的个数。

本发明的有益效果在于：本发明提供一种流体管道多泄漏点定位方法，能够实现单个泄漏点定位，也能适用于多个泄漏点定位，可以弥补现有定位方法的不足，并能降低漏失检测成本，提高泄漏检测定位的效率。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为流体管道多泄漏点定位方法流程图；

图2为观测信号散点图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

本发明提出了一种流体管道多泄漏点定位方法其流程如图1所示，被测管道上设置两个传感装置，两个传感装置之间间隔一定距离，传感装置所在位置形成采集点，当两个采集点之间的被测管道上存在一个或多个泄漏点时，根据如下方法对泄漏点进行定位：

设两个采集点分别为采集点1和采集点2，在采集点获取的观测信号分别为x₁(k)和x₂(k).两个采集点间的泄漏点个数N未知。用s_i(k),i＝1,2,…,N,表示各泄漏点产生的泄漏源信号，s_i(k)之间是相互独立的。首先，利用信号稀疏性进行源数目估计和盲源分离，得到泄漏点的个数，并分离出各泄漏源信号。然后再对分离信号进行分析，采用相关分析方法定位各个泄漏点。

利用信号稀疏性进行源数目估计和盲源分离的过程如下：

两观测信号x₁(k)和x₂(k)可用如下的信号模型表示：

M为获取的观测信号的点数。经分析可得，泄漏信号的稀疏性度量值在0.2到0.4之间，稀疏性好，借助稀疏性能够很好地实现欠定盲分离。由于各泄漏源信号满足稀疏性,即源信号在绝大多数采样点取值为零，或者接近于零，少数采样点取值远离零；那么从统计角度看，相比于高斯信号，稀疏信号的概率密度函数更趋向于拉普拉斯分布，即在零点有一个密度峰值，而在远离零点的地方不像高斯分布那样快地趋向于零，表现出典型的超高斯性，由于同一时刻出现两个源信号取值较大的可能性很小，因此绝大部分时刻最多只有一个源信号取值较大。那么假设在某时刻m∈{1,…,M},只有源信号s_n取值非零，其它源信号幅值皆很小或为零，则根据(1)式，可得

则

(3)式表明，对于只有源信号s_n取值较大，其他源信号幅值皆很小或为零的时刻，两观测信号x₁，x₂的比值近似等于常数。由此可得，在观测信号的散点图上，所有的只有源信号s_n取值较大，其他源信号幅值皆很小或为零的点均聚集在斜率相同的直线周围。同理，对于只有另一个源信号取值较大，而其余源信号幅值很小的点将聚集在另一条直线周围，如图2所示，属于同一直线的点就属于同一类。因此，对观测信号数据点进行聚类分析，聚集直线的条数即为源信号的个数。从如图2所示的散点图中可以看出，泄漏源的个数为3。也可以通过统计点(x₁，x₂)到坐标点(1,0)的弧线距离的概率分布来计算得到源的个数。

如上所述，在观测信号的散点图上，对于聚集在斜率为a_2n/a_1n的直线周围的点，这些点上的观测信号中除了源信号s_n以外，其他源信号的值都在零附近，所以可以近似认为在这些点上两观测信号x₁和x₂中只包含泄漏源s_n。因此，在两观测信号中分别提取这些点上的值即可分离出该泄漏源信号。同理，提取聚集在其他直线周围的点上的检测信号值可以分离出其他的泄漏源信号。这样，不同的泄漏源信号被分离。

对N个分离出的只包含一个泄漏源的观测信号进行分析，采用相关分析方法定位各个泄漏点，即可准确定位N个泄漏点。

最普遍采用的方法是Fuches和Riehle发展的基于声振动信号相关分析的定位技术。这种相关分析的方法在泄漏点两侧的管道上同时采集声振动信号，通过两路声振动信号来估计泄漏信号传播到两探测点之间的时间延迟，结合信号在管道中的传播速度和两探测点之间的距离等先验知识来判断漏点位置。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (1)

1.一种流体管道多泄漏点定位方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：在被测管道上设置两个传感装置，传感装置所在位置形成采集点，所述两个传感装置之间间隔一定距离，所述被测管道在两个采集点之间至少存在一个泄漏点；

S2：利用信号稀疏性进行源数目估计和盲源分离，得到泄漏点的个数，并分离出各泄漏源信号；

S3：对分离出的信号进行分析，采用相关分析方法定位各个泄漏点；所述利用信号稀疏性进行源数目估计和盲源分离的过程包括以下步骤：

S21：两观测信号x₁(k)和x₂(k)用如下的信号模型表示：

$\left[\begin{array}{c}{x}_1\left(k\right)\\ x_2\left(k\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& ...& a_{1N}\\ a_{21}& a_{22}& ...& a_{2N}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{s}_1\left(k\right)\\ s_2\left(k\right)\\ .\\ .\\ .\\ s_N\left(k\right)\end{array}\right],k=1,2,...,M$

其中，两个传感装置形成采集点1和采集点2，在采集点获取的观测信号分别为x₁(k)和x₂(k)，两个采集点间的泄漏点个数N未知，s_i(k),i＝1,2,…,N,表示各泄漏点产生的泄漏源信号，s_i(k)之间是相互独立的，M为获取的观测信号的点数；

S22：设在某时刻m，只有源信号s_n取值非零，其它源信号幅值皆很小或为零，则根据S21中的公式，可得

$\left\{\begin{array}{c}{x}_1\left(m\right)\≈a_{1n}{s}_n\left(m\right)\\ x_2\left(m\right)\≈a_{2n}{s}_n\left(m\right)\end{array}\right.$

则

$\frac{x_2\left(m\right)}{x_1\left(m\right)}\≈\frac{a_{2n}}{a_{1n}}$

其中m∈{1,…,M}；

S23：在观测信号的散点图上，对观测信号数据点进行聚类分析，聚集直线的条数即为源信号的个数。