CN107771276A - 管子漏水检测器装置和泄漏检测程序 - Google Patents

Abstract

本发明一种用于检测管线中的漏水的装置,实现为具有中性浮力的小球体，在所述小球体内设有连接到信号处理器(9)的至少一个水听器(2)，所述信号处理器将信息存储在存储器卡(10)上并且由至少一个电池(11)供电。此信号处理器(9)具有时钟模块(12)，通过所述时钟模块，将针对由所述水听器(2)接收到的每个音频信号所逝去的航行时间记录在所述存储器(10)中。因此，基于所述航行时间，可以判定检测到的异常或泄漏的准确位置。所述装置辅以每隔一定距离设置的一系列外部同步系统，通过所述一系列外部同步系统来中和可能由所述装置累加的位置误差。因此，获得廉价、结实、耐用和高度有效的简单装置。

Description

管子漏水检测器装置和泄漏检测程序

技术领域

本发明涉及已经被特殊设计成使用低频声音来检测大口径水管中的泄漏的装置，所述低频声音导致经受高压的负荷中的大口径管子的水中的异常。

本发明的目的是提供除了允许所述检测之外还可靠、简单并且成本低的装置。

本发明的目的还包含用于插入和移除所述装置的构件以及用于检测泄漏的准确位置的实际程序。

背景技术

关于本发明的实际应用的范围，在当前的漏水检测装置中，尤其是在集中于运输管线的漏水检测装置中，泄漏检测过程一般使用接近漏水的湿度测量。此测量是通过用于测量湿度、测量温度或测量由依据位置的湿度而变化的感应电流引起的电压的不同装置来执行。

在文献US4016748A中，提供了一种用于检测管子中的泄漏的方法和装置。开始于在高于大气压的压力下流过管子的流体，所述方法设想在管子内部装配对由泄漏引起的压力差和速度差敏感的浮动泄漏传感器，使所述泄漏传感器与流体一起移动穿过所述管子，借此，一旦所述传感器检测到泄漏，所述传感器便停止移动。

本发明解决了管道中的首次泄漏检测，但止于发现泄漏，并且与在管道中出现的泄漏的大小相关。因此，在文献US4016748A中描述的装置可以用于检测管子中的首次泄漏，但不允许检测后续的可能的泄漏。

还存在例如在文献US20130186181A1中描述的泄漏检测装置，所述装置的特征是刚性主体，所述刚性主体被弹性地支撑在外部笼子内并且通过由管网内的泄漏引起的局部压力梯度所产生的吸力而进行移动。然而，此方法解决了检测管子内部的漏水的问题，但其中距泄漏的距离与由此泄漏产生的压力梯度成比例。本发明意在提供运输和分配水的整个管网的解决方案。

基于发明专利US20140174186 A1的其它泄漏检测方法也是已知的。所述专利提供一种用于使用水流量计和振动检测器来检测管网中的流体的泄漏的系统。在此发明中，处理器分析流量计的信号。应测量循环穿过每个区段中的管网的内部的流量。这些系统用于检测较大的泄漏，因为流量计必须捕获两个点之间的流量差。如果泄漏较小，那么差值不显著。

此外，发明专利US4894539描述了一种用于判定管道或管子、尤其是小口径管道或管子中的泄漏的位置的方法，在其中插入短段同轴电缆，所述同轴电缆将短持续时间的放射性同位素载运到管道或管线中并且迫使所述同轴电缆移动穿过整个管子。通过此发明，部分解决了泄漏检测，但仅限于小口径管线。

为了回避此问题，发明专利WO 2006/081671是众所周知的。所述专利描述了实现为某种球体的装置，所述装置装配有磁传感器、加速度计和用于收集数据的构件。所述装置可以包含声学传感器，例如水听器。

通过使用水听器，即，通过发射声音并且分析由所述装置接收回的声音，因为声音被发射到管线内部中，所以相比于无泄漏管子而言，存在响应的差异，由此可以以高效的方式检测到漏水。然而，不仅需要检测所述泄露的存在，而且至关重要的是要查明泄漏被检测到的准确位置。

在此意义上，在发明专利WO 2006/081671中描述的装置提供了用于此目的的特定构件，所述构件是复杂和昂贵的，并且不准确。

为了此目的并且更具体来说，已经为球体制备所述装置，将所述装置实现为球体以装配有使其浮动的特征，以让所述装置通过滚动穿过所涉及的管子或管线而进行移动。因此，将通过使用加速度计来控制所述装置沿着管线壁旋转的转数来计算所述装置的位置。这样不但将所述装置的内部结构复杂化，而且还会在球体滑动而不是滚动的情况下获得一系列易出错的读数。另外，当待分析的管子的长度非常长时，可能的测量误差的风险会显著增加，因为在行进特定预先确立的距离之后没有可用于使所述装置同步的构件。

发明内容

所主张的装置以完全令人满意的方式满足先前在所提及的方面的每一方面中展现的问题，从而提供准确得多、结构上简单并且更成本有效和可靠的装置。

为此，并且基于前述常规结构化，换句话说，通过包含声音传感器装置、尤其是水听器装置以及将由水听器接收的声音进行分类以明确地识别标的管子中的泄漏的电子系统，本发明的装置实现为某种球体。此球体不需要使其浮动的构件，因为所述球体不是用于在管子的内表面上旋转，也不需要涂覆确保所述旋转的粘附材料。实际上，此装置在中性浮力下与穿过管子的循环水流一起移动。因此，当检测到管子中的泄漏时，所述装置的滑动或滚动不影响对其位置的准确判定。

因此，并且如上文所述，所述装置装配有水听器，所述水听器关联到信号适配器和能够将由水听器接收的信号进行分类的处理器。因此，指示大口径管线内部的异常(漏水或气囊泄漏)的声音具有特定和已知的声谱。更具体来说，由高压下的大口径管子中的漏水触发的声音的范围是20Hz与20kHz之间的可听声音，从而使得容易将其区分和分类。实际上，由大口径管子内部的泄漏触发的声音的振幅的值随着压力在管子内部增加而增加。

如果在管子内部不存在扰动，那么由于大口径管线的水中的异常而在管子内部检测到声音是高度可能的。通过装配捕获此信号的水听器，在管子装满水时，便不需要清空大口径管线并且使用气体填充所述管线。这还减少由于输水管道的清空和填充而引起的水消耗。

水听器和处理器附接到电池并且被中空外壳覆盖。通过管线接近人孔中的可用的接近阀而将组合件快速地并容易地插入到大口径管线中。

根据本发明的本质，微处理器具有时钟模块，所述时钟模块用于向所接收的声学信号中的每一者指派自从插入装置以来逝去的时间并且通过所述时间来解译所述声学信号。

为了启动计时，所述装置装配有触发系统，所述装置通过所述触发系统开始监视自从所述装置移动穿过管子内部以来逝去的时间，通过所述时间而知晓水流量，并且因此知晓装置组合件移动的速度。

该触发控制系统用于使所述装置从切断模式变为接通模式。

所述装置经过密封并且无法打开。因此，需要额外的连接器来用于启动过程。所述连接器是由两个主要部分组成：USB连接器和控制电路。

所述USB连接器用于向内部电池充电，并且形成在内部时钟模块与外部之间的物理连接。

所述控制电路产生脉冲，所述脉冲使得所述装置从接通模式变为关闭模式，且反之亦然。所述装置包括条带或电缆和开/关按钮，其中所述条带或电缆将USB连接到控制电路且所述开/关按钮产生电流，所述电流继而使得控制电路启动装置或不启动装置。所述装置还包含状态LED，所述状态LED表示所述装置是处于接通模式还是断开模式。

同样地，所述装置装配有通信模块，所述通信模块用于从装置内部向外部发送信息，而不必打开所述装置。

以三种以下方式中的至少一种方式发送信息：蓝牙、远程无线电通信或超声波通信。

蓝牙通信用于向外部进行大批量数据传递，以及用于识别装置。

超声波通信用于与管子内部的所述装置建立通信。

远程无线电通信用于在其它通信方法中的任一者失效的情况下与该装置建立通信，该通信方式为冗余通信系统。

该装置的这些通信方式在消除装置的可能的测量误差方面是非常有效的。在此方面，沿着整个管子每一定距离与外部同步系统形成链路，借此，装置可以“重新定位”并且计算沿着整个管道系统遇到的异常。

这些同步系统定义已知的参考点。因此，在距离计算中存在的定位误差和不确定性在已知点处为零。这些系统可以用于产生有限的和已知的行进路径的开始/结束区段。通过将所述系统装配在装置的路径中，可操作性得到提高，由此可以覆盖更大的距离，从而保持恒定误差裕度，进而在将所述系统分割为更小系统的情况下允许将已知区域内的误差最小化。

为此，该同步系统包括通信模块、时钟模块和电力供应模块。

所述通信模块用于将数据从所述装置发送到管子外部。可以将该信息存储在同步系统中或者可以使用GSM/GPRS模块将该信息发送到存储所述信息的外部服务器。通信可以是使用节拍器、音频产生器和蓝牙的从同步系统到装置的单向通信，或使用无线电或超声波通信的在同步系统与装置之间的双向通信。

所述单向通信系统从管子外部向通信模块发射装置已知的图案，使得所述装置识别该图案并且相应地动作。可以通过节拍器系统、音频产生器系统或蓝牙模块来产生所述图案。

所述装置的目的是知晓在管线内部遇到的异常的位置。为此，使用由记录系统记录并且通过启动控制模块提取的音频。通过使用所记录的音频，可以检测到管子内部的异常，以及装置从开始到达异常所花费的时间。一旦知晓到达异常所逝去的时间和水速，通过装配在插入系统中的一系列流量计，可以计算距异常的距离，其中匀速直线运动方程中仅考虑水的传播方向。

与其它异常检测系统相比，仅将水听器用作数据系统会减少处理时间。

因为仅考虑水传播方向并且仅需基于时间和速度来计算距离，所以处理时间减少。

为了执行此计算，需要知晓(插入系统、提取系统、以及同步系统的)位置、在装置通过管子内部时的流速和自从将装置插入到管线中直到检测到异常以来所逝去的时间。

使用所述位置而知晓插入点、同步点与提取点之间的距离。为了知晓这些距离，可以使用地点地图。如果没有地图，则使用GPS。利用同步系统的点来作出多个区域的计算，从而减小已知区域的误差。

通过使用装配在插入或提取系统中的流量计，可以知晓流速。通过匀速直线运动方程，可以利用此速度并基于时间而知晓距离。

为了使误差最小化，可以使用算法来识别经受白噪声的动态系统的不可测量状态。

此外，外壳可以由不同材料制成，或者由一组这些材料(例如，塑料)制成。其可以任选地包含无线通信模块，所述无线通信模块将实时声音从管子内部发送到管子外部上的接收器通信模块。

关于插入和提取系统，将插入装置定义为包括杆、板、O形环、柔性金属套管和流量计。

所述装置装配在金属套管内部，所述金属套管连接到大口径管子的入口。打开该大口径管子的阀并且使用所述杆推进到所述管子中，使得流量计测量水速。

金属套管与其锚接件一起用于产生具有与可以接近的大口径管子的内部的压力相同压力的区域。将该装置插入到此套管中。

使用所述杆可以将来自装置所在的套管的上部部分的移动输送到套管的下部部分，即，管子内部。

之所以需要O形环是因为金属套管内部的压力较高。如果不使用此O形环，那么水将从接头流出。

需要使用所述板以使得在杆推动装置时装置不会滑移。

另外，使用提取系统可以从负荷下的管子内部将球体移除到外部。因此所述装置由金属套管、杆、网、柔性板、相机、到达检测器、O形环和流量计构成。

为此，将提取系统装配在大口径管阀中，将提取系统接合到金属套管并且将其推动到管子末端，且在所述末端，板打开并且网扩展。

所述网在所述装置接近时捕获所述装置，此时相机显示所述装置并且到达检测器被启动。

接下来，将杆向上拉并且从套管内部移除装置。

同样地，利用流量计测量水速，所述水速是用于确定可能的泄漏所在的准确距离的一条重要信息。

金属套管与其锚接件一起用于产生具有与可以接近的大口径管子的内部的压力相同压力的区域。

将所述网插入到此套管中并且随后收集所述装置。

使用杆将来自提取系统所在的套管的上部部分的移动输送到套管的下部部分，即，管子内部。随后，在检测到所述装置时，将所述移动从收集系统所在的管子内部输送到金属套管的顶部部分，在所述顶部部分收集所述装置。

之所以使用O形环是因为金属套管内部的压力较高。如果不使用此O形环，那么水将从接头流出。

将相机面向上地装配到收集系统的下部部分。这允许执行以下动作：

1)以与管子方向垂直的方式定位收集系统。

2)核实循环穿过管子内部的流量，以证实速度足以使得装置航行。

3)在装置到达收集系统时，能够直接看到所述装置。

所述相机具有视频输出，所述视频输出连接到管子外部上的外部监视器。

收集系统的网必须由柔性的并且对由装置的到达引起的劲风有抵抗力的材料制成。

因此，获得用于管子中的泄漏检测的装置，所述装置非常简单、结实、有效、耐用和成本有效。

附图说明

为了补充在下文给出的描述并且为了有助于更好地理解本发明的特征，根据本发明的实际实现方式的优选实例，附上一组图作为本说明的一部分。下图仅做示例性并且不具有限制性，具体如下：

图1示出了根据本发明的目的而实施的管线中的漏水检测器的前方顶部的视图。

图2示出根据先前图中的装置的假想垂直和直径平面的横截面的透视图。

图3示出先前图中的装置的分解视图。

图4示出本发明的装置所插入的大口径管子的入口的轮廓和横截面图，显示使用所述装置以简单的方式执行所述插入。

图5示出类似于图4的视图，但与为本发明的装置提供的移除构件相关。

图6示出在其壁具有漏水的大口径管子的区域的纵向区段的视图。可以观察到，所述泄漏在向其施加声学信号时产生与管子的其余部分的声音不同的声音，本发明的装置可以容易地识别所述声音。

图7示出在装置的收集构件的下部水平处的收集构件的透视细节。

图8示出在图7中示出的收集构件的细节，其中可以看到有助于移除所述装置的任务的光学相机组合件。

具体实施方式

在所检视的附图中并且尤其在图1至图3中可以看到，本发明的装置包括从两个半壳体(1-1’)获得的大致球形壳体，所述两个半壳体可以进行耦合并且在彼此之间进行密封，在所述球形壳体内设有水听器(2)，所述半壳体装配有孔(3)和窗(4)，连接部(7-8)装配到所述孔和窗，所述孔和窗连接到水听器(2)，以便捕获在水中出现的声音。

水听器(2)连接到信号处理器(9)，所述信号处理器将信息存储在存储器卡(10)上并且由电池(11)供电。此信号处理器(9)装配有时钟模块(12)或定时器，借此，信号的接收与接收到所述信号的特定时间相关联。因此，通过水速或流量，基于直到检测到泄漏时所逝去的时间，以较大的准确性判定检测到的泄漏的准确位置。

所述外壳辅以一连串外围凹槽，将相关垫片(33)插入到所述一连串外围凹槽中。这些凹槽构成粘附介质，使得所述介质在装置卡住的情况下允许装置滚动。然而，如上文所述，确定装置的定位和可能的泄漏的定位的构件是全功能的，并且不管装置在那时的相对旋转位置或其它位置如何。

这些接头负责增加曳力面，使得水的力量会移动装置。由于具有中性浮力，装置航行穿过管线的具有最高水速的区域，即，管线的中心。

装置可以装配有通信模块(13)，使得其可以与在外部并且沿着整个管道每隔一定距离布置的一系列同步系统实时通信。通信模块用于将数据从所述装置发送到管道外部。可以将所述数据储在同步系统中或者通过GSM/GPRS模块将所述数据发送到存储信息的外部服务器。

通信可以是使用节拍器、音频产生器和蓝牙的从同步系统到装置的单向通信，或使用无线电或超声波通信的在同步系统与装置之间的双向通信。通过使用所述同步系统，装置的位置参数得到复位，从而防止在计算所述装置行进的距离的过程中累加误差。

图4示出如何使用水分配网络的人孔的接近系统(14)将所述装置插入到大口径管线中。为了确保泄漏检测系统进入管线(15)，杆(16)通过接近阀(17)与所述接近系统连接。因此，打开接近阀(17)并且使用杆(16)推入泄漏检测器。更具体来说，杆的下端插入穿过金属套管(21)，所述金属套管与其锚节件一起用于产生具有与可以接近的大口径管子的内部的压力相同压力的区域。

所述组合件辅以非参考的O形环，之所以使用所述O形环是因为金属套管的内部压力较高。如果不使用此O形环，那么水将从接头流出。

为了确保适当移除泄漏检测器，图5示出具有杆(16’)的装置，在所述杆的下部部分上具有用于接纳所述装置的网(18)。与插入装置类似地，使杆(16’)穿过接近入口(14’)的接近阀(17)并且通过O形环进行接合。

所述装置辅以金属套管(21’)、网(18)附接到的一对柔性板(22)和电子设备(23)，所述电子设备包括相机、到达检测器和流量计。

因此，将提取系统装配在大口径管阀中，将提取系统接合到金属套管并且将其推动到管子末端，在所述末端，板打开并且网扩展。

所述网在所述装置接近时捕获所述装置，此时相机显示所述装置并且到达检测器被启动。

接下来，将杆向上拉，板闭合并且从套管内部移除装置。

同样地，流量计测量水速，所述水速是用于确定可能的泄漏所在的准确距离的一条重要信息。

在图6中可以看到，被水流(19)的力量拖拽的泄漏检测器系统开始航行穿过管线(15)。当在管道(15)的壁上检测到漏水(20)时，其将发射不同的声音(21)，所述声音会被水听器(2)捕获。

关于球体的尺寸，即使这些尺寸可能会由于不同设计标准而变化，但作为实例，其可以具有在50mm与150mm之间的半径和0.8mm的厚度，并且具有气密密封并且优选由塑料制成，但其可以由其它材料或这些材料的组合制成。

Claims (10)

1.一种用于检测管线中的漏水的装置，所述装置装配有用于发射/接收声音以用于分析可以漏流的流体所穿过的管线内的漏水的构件，例如与用于分析这些声音信号的电路相关联的一个或多个水听器；此装置是由具有大致球形结构的具有中性浮力的壳体制成，在所述壳体内设有连接到信号处理器(9)的至少一个水听器(2)，所述信号处理器将信息存储在存储器卡(10)上并且由至少一个电池(11)供电；此处理器(9)具有时钟模块(12)的信号，通过所述时钟模块，将针对由所述水听器(2)接收到的每个音频信号所逝去的航行时间记录在所述存储器(10)中。

2.根据权利要求1所述的用于检测管线中的漏水的装置，所述装置包含通信模块(13)，使得所述装置可以与沿着整个管道每隔一定距离在外部装配的一系列同步系统实时通信，从所述一系列同步系统界定划定和已知区域的开端/末端，其中不存在定位误差，从而将所述装置的位置参数复位；所述同步系统是由通信模块、时钟模块和电力供应模块组成。

3.根据权利要求1和2所述的用于检测管线中的漏水的装置，所述装置包含可以单向或双向的通信模块。

4.根据权利要求1至3所述的用于检测管线中的漏水的装置，其中所述通信模块是基于节拍器、音频产生器和/或蓝牙的使用，或者在双向通信的情况下是基于使用无线电或超声波的通信。

5.根据权利要求1所述的用于检测管线中的漏水的装置，其中所述装置的所述壳体具有通过使用两个半球体(1-1’)获得的大致球形结构，所述两个半球体可以进行耦合并且在彼此之间进行密封，所述两个半球体装配有孔(3)和窗(4)，通过所述孔和窗与所述水听器进行连接(7-8)，确定在水中出现的声音的受体介质。

6.根据权利要求1所述的用于检测管线中的漏水的装置，所述装置包括启动系统，所述装置通过所述启动系统而开始监视所述装置沿着所述管线的内部行进的时间。

7.根据权利要求1所述的用于检测管线中的漏水的装置，其中所述壳体包括许多外围凹槽，相关接头(33)插入到所述外围凹槽中。所述凹槽确定在可能的装置卡住的情况下有助于滚动的粘附元件。

8.根据权利要求1所述的用于检测管线中的漏水的装置，所述装置包括用于将所述装置插入到所述管线中的配件，所述配件包括将穿过接近阀(17)插入到待监视的所述管线(15)的适合大小的杆(16)，所述杆与具有O形环的下部板(21)和在上面装配有所述装置的柔性金属套管(21)相关联。所述配件可以任选地包括流量计。

9.根据权利要求1所述的用于检测管线中的漏水的装置，所述装置包括用于从所述管线移除所述装置的配件，所述配件包括将穿过所述接近阀(17)插入到所述管线(15)的适合大小的杆(16’)，所述杆关联到既定用于接纳所述装置的网(18)、O形环、金属套管和所述网(18)附接到的一对柔性板(22)，所述装置装配有电子设备(23)，所述电子设备包含相机、所述装置的到达检测器和流量计。

10.一种用于检测管线中的漏水的程序，所述程序包括沿着管线的整个长度发射声学信号/从所述管线内接收声学信号。这些信号与它们发生的准确时间的时间戳一起记录；对这些信号进行分析和解译以检测与潜在的漏水相关的可能的异常，使得基于逝去的时间和循环穿过所述管线内部的已知的水流量，获得所述检测到的异常中的每一者的准确距离。