CN108980638A - 埋地输气管泄漏点定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种埋地输气管泄漏点定位方法包括步骤：S100，将至少两个声发射传感器沿埋地输气管的长度方向间隔设置于埋地输气管上，声发射传感器采集发射源的声发射信号；S200，获取相邻的两个声发射传感器之间的距离D及埋地输气管的材料的声速V；S300，获取与泄漏点相邻的两个声发射传感器接收到泄漏产生的声发射信号的时间差T；S400，得到泄漏点至较靠近泄漏点的一个声发射传感器的距离d＝0.5(D‑T·V)。该方法的定位精度较高，可节省人力、物力与时间。

Description

埋地输气管泄漏点定位方法

技术领域

本发明涉及管道检测技术领域，特别是涉及一种埋地输气管泄漏点定位方法。

背景技术

埋地输气管可用于输送燃气等气体介质，在国民经济与工业生产中发挥着重要的作用。由于管道老化、不可避免的腐蚀或人为损坏等因素，埋地输气管极易发生泄漏。因为埋地输气管通常输送的多为危险性极大的易燃易爆的气体介质，故埋地输气管一旦发生泄漏，如果无法找到泄漏点，极易产生严重的后果，例如可能导致群死群伤的爆炸事故，因此埋地输气管泄漏点的定位对于减少安全事故的发生具有重要意义。

在传统技术中，埋地输气管泄漏点定位的常用方法有红外热成像法、激光扫描泄漏检测法和气体敏感法等。但是上述方法的定位精度较低，无法准确定位泄漏点，故在检测到泄漏信号后需要通过采用大规模开挖等方式来进一步寻找泄漏点，导致人力、物力与时间浪费严重。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种定位精度较高的埋地输气管泄漏点定位方法，旨在节省人力、物力与时间。

一种埋地输气管泄漏点定位方法，包括以下步骤：

S100，将至少两个声发射传感器沿埋地输气管的长度方向间隔设置于所述埋地输气管上，所述声发射传感器采集声发射源的声发射信号；

S200，获取相邻的两个所述声发射传感器之间的距离D及所述埋地输气管的材料的声速V；

S300，获取与泄漏点相邻的两个所述声发射传感器接收到泄漏产生的声发射信号的时间差T；及

S400，得到所述泄漏点至较靠近所述泄漏点的一个所述声发射传感器的距离d＝0.5(D-T·V)。

上述埋地输气管泄漏点定位方法至少具有以下优点：

埋地输气管发生泄漏时，泄漏会产生声发射信号(如泄漏点处埋地输气管的振动)，可利用声发射传感器采集声发射源的声发射信号，以实现泄漏点的定位。至少两个声发射传感器沿埋地输气管的长度方向间隔设置的方式可以较好地适应埋地输气管长度较长的特点。通过获取相邻的两个声发射传感器之间的距离D及埋地输气管的材料的声速V，获取与泄漏点相邻的两个声发射传感器接收到泄漏产生的声发射信号的时间差T，以得到泄漏点至较靠近泄漏点的一个声发射传感器的距离d＝0.5(D-T·V)。距离D、时间差T及声速V的获取简单方便，定位点的计算较为简便。该方法可通过泄漏点与较靠近泄漏点的一个声发射传感器的距离来表示泄漏点的位置，具有较高的定位精度，可精确定位，从而避免大规模开挖，以节省人力、物力与时间。

下面进一步对技术方案进行说明：

在其中一个实施例中，在步骤S100之后，还包括步骤S100a：获取所述声发射源的声发射信号在所述埋地输气管上的衰减规律，根据所述衰减规律调节所述声发射传感器的设置参数。

在其中一个实施例中，所述设置参数包括所述声发射传感器的频率、相邻两个所述声发射传感器之间的距离D、所述声发射传感器的数量及所述声发射传感器的门槛值。

在其中一个实施例中，步骤获取所述声发射源的声发射信号在所述埋地输气管上的衰减规律包括：

提供铅笔芯；

所述铅笔芯断铅作为声发射源；

所述声发射传感器采集所述铅笔芯断铅产生的声发射信号；

生成距离-幅值衰减曲线，所述距离-幅值衰减曲线即为所述衰减规律。

在其中一个实施例中，当所述距离-幅值衰减曲线陡峭时，降低所述声发射传感器的频率、缩短相邻两个所述声发射传感器之间的距离D、增加所述声发射传感器的数量及降低所述声发射传感器的门槛值；当所述距离-幅值衰减曲线平缓时，提高所述声发射传感器的频率、增加相邻两个所述声发射传感器之间的距离D、减少所述声发射传感器的数量及提高所述声发射传感器的门槛值。

在其中一个实施例中，在步骤S400之前，还包括步骤S400a：生成所述声发射信号对应的声发射源的定位图，所述定位图用于显示所述声发射源与和所述声发射源相邻的所述声发射传感器的相对位置关系。

在其中一个实施例中，在步骤S400之前，还包括步骤S400b：生成所述声发射信号的波形图，判断所述波形图是连续型还是突发型，若所述波形图是连续型，则所述声发射信号对应的声发射源由泄漏产生，若所述波形图是突发型，则所述声发射信号对应的声发射源不是由泄漏产生。

在其中一个实施例中，所述声发射传感器的定位方式为柱面定位。

在其中一个实施例中，所述声发射传感器与所述埋地输气管之间设置有耦合剂层。

在其中一个实施例中，所述声发射传感器为低频传感器。

附图说明

图1为一实施方式中的埋地输气管泄漏点定位方法的流程示意图；

图2为一实施方式中的声发射传感器的分布示意图；

图3为另一实施方式中的埋地输气管泄漏点定位方法的流程示意图；

图4为另一实施方式中的距离-幅值衰减曲线；

图5为另一实施方式中的定位图；

图6为图5中的五号声发射传感器处采集到的声发射信号所对应的波形图；

图7为图5中的六号声发射传感器处采集到的声发射信号所对应的波形图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

请参阅图1，一实施方式中的埋地输气管泄漏点定位方法，具有较高的定位精度，可避免大规模开挖，以节省人力、物力与时间。具体地，埋地输气管泄漏点定位方法包括以下步骤：

S100，将至少两个声发射传感器沿埋地输气管的长度方向间隔设置于埋地输气管上，声发射传感器采集声发射源的声发射信号；

S200，获取相邻的两个声发射传感器之间的距离D及埋地输气管的材料的声速V；

S300，获取与泄漏点相邻的两个声发射传感器接收到泄漏产生的声发射信号的时间差T；及

S400，得到泄漏点至较靠近泄漏点的一个声发射传感器的距离d＝0.5(D-T·V)。

需要说明的是，相邻的两个声发射传感器之间的距离D可在将声发射传感器设置于埋地输气管上时或其他时间获取。埋地输气管的材料的声速V可通过查表或测量等方式获取。在与泄漏点相邻的两个声发射传感器中，先接收到泄漏点的声发射信号的声发射传感器为较靠近泄漏点的一个声发射传感器。步骤S200可以在步骤S300之前或之后执行。

请一并参阅图2，埋地输气管100发生泄漏时，泄漏会产生声发射信号(如泄漏点处埋地输气管100的振动)，可利用声发射传感器200采集声发射源的声发射信号，以实现泄漏点的定位。至少两个声发射传感器200沿埋地输气管100的长度方向间隔设置的方式可以较好地适应埋地输气管100长度较长的特点。通过获取相邻的两个声发射传感器200之间的距离D及埋地输气管100的材料的声速V，获取与泄漏点300相邻的两个声发射传感器200接收到泄漏产生的声发射信号的时间差T，以得到泄漏点300至较靠近泄漏点300的一个声发射传感器200的距离d＝0.5(D-T·V)。距离D、时间差T及声速V的获取简单方便，泄漏点300的定位较为简便。该方法可通过泄漏点300与较靠近泄漏点300的一个声发射传感器200的距离来表示泄漏点300的位置，具有较高的定位精度，可精确定位，从而避免大规模开挖，以节省人力、物力与时间。

例如，当相邻的两个声发射传感器200之间的距离D＝10m，埋地输气管100的材料的声速V＝5790m/s，与泄漏点300相邻的两个声发射传感器200接收到泄漏产生的声发射信号的时间差T＝0.000345s，则泄漏点300至较靠近泄漏点300的一个声发射传感器的距离d＝0.5(D-T·V)＝4.001225m。

进一步地，声发射传感器200的定位方式可为柱面定位。埋地输气管100通常呈长径比较大的圆柱体状，柱面定位的方式可较好地适应埋地输气管100的长径比。需要说明的是，柱面定位是指在声发射定位中，利用两个声发射传感器200接收到的声发射信号在柱面上形成的定位的方法。

进一步地，声发射传感器200与埋地输气管100之间设置有耦合剂层(图未示)。耦合剂层能够填充声发射传感器200与埋地输气管100的接触面之间的微小空隙，增加声发射传感器200与埋地输气管100的贴合紧密性，便于声发射传感器200采集到高质量的声发射信号。耦合剂层可以为黄油层等。在本实施方式中，可先将耦合剂层涂设于声发射传感器200上，然后将声发射传感器200设置于埋地输气管100上，简单方便。当然，在其他实施方式中，可以先在埋地输气管100上涂设耦合剂层后再将声发射传感器200设置于埋地输气管100上，或者先在声发射传感器200与埋地输气管100上均涂设耦合剂层后再将声发射传感器200设置于埋地输气管上。声发射传感器200可通过夹具夹持的方式设置于埋地输气管100上。

进一步地，声发射传感器200可为低频传感器(即信号截止频率为20KHz至100KHz的声发射传感器)。低频传感器可用于长距离的信号接收，适合长径比较大的埋地输气管100。可以理解地，也可以使用其他类型的声发射传感器200，只要将其信号截止频率调节到20KHz至100KHz的范围内既可。

请参阅图3，在另一实施方式中，在步骤S100之后，还包括步骤S100a：获取声发射源的声发射信号在埋地输气管上的衰减规律，根据衰减规律调节声发射传感器的设置参数。衰减规律能够反映出声发射信号在埋地输气管上的衰减速度，根据衰减速度合理调节设置参数，可提高泄漏点检测的覆盖面和定位精度。

具体地，设置参数包括声发射传感器的频率、相邻两个声发射传感器之间的距离D、声发射传感器的数量及声发射传感器的门槛值。将设置参数调节至合理范围内，可减少相关噪音的影响，确定合适的声发射传感器的布置距离，提高定位精度。在使用中，还可根据周围的噪音情况，进一步调整门槛值，将噪音信号晒除，提高信噪比。

请一并参阅图4，进一步地，步骤获取声发射源的声发射信号在埋地输气管上的衰减规律包括：提供铅笔芯；铅笔芯断铅作为声发射源；声发射传感器采集铅笔芯断铅产生的声发射信号；生成距离-幅值衰减曲线，距离-幅值衰减曲线即为衰减规律。若距离-幅值衰减曲线400陡峭，则表明衰减速度过快；若距离-幅值衰减曲线400平缓，则表明衰减速度过慢。该方式具有简单易行的特点，且衰减速度的快慢的判断直观明了。在本实施方式中，采用Φ0.5mm，硬度为HB的铅笔芯进行“断铅”。当然，在其他实施方式中还可以采用其他类型的铅笔芯进行“断铅”，例如，Φ＝0.5mm，硬度为2H的铅笔芯。

进一步地，当距离-幅值衰减曲线400陡峭时，可降低声发射传感器的频率、缩短相邻两个声发射传感器之间的距离D、增加声发射传感器的数量及降低声发射传感器的门槛值；当距离-幅值衰减曲线400平缓时，可提高声发射传感器的频率、增加相邻两个声发射传感器之间的距离D、减少声发射传感器的数量及提高声发射传感器的门槛值。可以理解地，根据距离-幅值衰减曲线400调节设置参数，简单方便，且可提高定位精度。可以通过计算距离-幅值衰减曲线400的曲率得知距离-幅值衰减曲线400上其他位置的横纵坐标，例如利用图2可计算出：当声发射传感器100的门槛值设置为60dB时，则可以距离D的最大取值约为35m。当然，在其他实施方式中，还可利用公式或表格等方式表示衰减规律。

请参阅图3及图5，进一步地，在步骤S400之前，还包括步骤S400a：生成声发射信号对应的声发射源的定位图500，定位图500用于显示声发射源与和声发射源相邻的声发射传感器500的相对位置关系。通过定位图500可较直观地得知声发射源的位置，其中声发射源可以是泄漏点处的埋地输气管的振动也可以是非泄漏点处的埋地输气管的振动。在本实施方式中，以至少两个声发射传感器的相对位置关系形成坐标轴，可较直观地判断出较靠近声发射源的一个声发射传感器，以便于对声发射源快速定位。

例如，在本实施方式中，经调节设置参数后筛选到的声发射信号有三个，一个声发射信号对应有一个声发射源301，给声发射传感器依次编号后，三个声发射源301依次处于五号声发射传感器205和六号声发射传感器206之间、九号声发射传感器209和十号声发射传感器210之间及十号声发射传感器210和十一号声发射传感器211之间。

进一步地，在定位图500中，声发射源用图案标记标识，根据声发射信号的强度使图案标记按照不同大小、颜色和/或形状显示。该设计可较直观地区分出声发射信号的强度，以便于及时发现泄漏较为严重的泄漏点，从而便于及时对泄漏较为严重的泄漏点处进行修复或更换处理，从而避免安全事故的发生。在本实施方式中，根据声发射信号的强度使图案标记按照不同大小显示，处于五号声发射传感器205和六号声发射传感器206之间的图案标记的大小大于九号声发射传感器209和十号声发射传感器210之间的图案标记的大小，也大于十号声发射传感器210和十一号声发射传感器211之间的图案标记的大小。当然，在其他实施方式中，还可以仅利用图案标记的颜色或形状区分声发射信号的强度，或者利用图案标记的大小、颜色和形状区分声发射信号的强度。

请参阅图3、图6及图7，进一步地，在步骤S400之前，还包括步骤S400b：生成声发射信号的波形图600，判断波形图600是连续型还是突发型，若波形图600是连续型，则声发射信号对应的声发射源由泄漏产生，可对泄漏点进行定位；若波形图600是突发型，则声发射信号对应的声发射源不是由泄漏产生，该检测范围内无泄漏情况，应该重新选取检测范围。其中，检测范围指埋地输气管上所有声发射传感器可检测到的范围。根据波形图600判断声发射信号对应的声发射源是否由泄漏产生，简单直观，且可提高泄漏点的检出率，避免人力、物力和时间的浪费。在本实施方式中，波形图600的横坐标为声发射信号的传播距离，纵坐标为声发射信号的幅值。可根据图6及图7中的波形图600判断出所采集到的声发射信号是连续型。可以理解地，波形图600可以与定位图500同时形成，或者波形图600可以先于定位图500形成，或者波形图600可以迟于定位图500形成。

上述埋地输气管泄漏点定位方法至少具有以下优点：

工作时，在声发射传感器上涂设耦合剂层，将涂设有耦合剂层的声发射传感器借助夹具夹持于埋地输气管上。利用铅笔芯断铅以得到距离-幅值衰减曲线400，根据距离-幅值衰减曲线400所反映的声发射信号在埋地输气管200上的衰减规律调节声发射传感器的设置参数，以便于筛选预定强度范围内的声发射信号，避免其他噪音的干扰。对声发射信号进行采集，并形成波形图600与定位图500，根据波形图600判断声发射信号对应的声发射源是否由泄漏产生，根据定位图500得知声发射源的位置。该埋地输气管泄漏点定位方法可通过计算泄漏点至较靠近泄漏点的一个发射传感器的距离来得到泄漏点的位置，具有较高的定位精度，可避免大规模开挖，以节省人力、物力与时间。需要说明的是，该埋地输气管泄漏点定位尤其适用于公称通径小于或等于100mm的埋地输气管。

在红外热成像法、激光扫描泄漏检测法或气体敏感法等传统方法中，被检测的对象均为泄漏出来的气体介质，根据检测到的气体介质的特性，来分析泄漏点的大概位置。通常埋地输气管发生泄漏后，埋地输气管内的气体介质并不会沿着垂直方向上升到地面上，而是从地质较疏松的位置冒出来，因此很难对泄漏点进行较精确的定位。当泄漏的气体介质较少时，泄漏的气体介质不一定会上传到地面上，因此利用传统方法较难发现轻微的泄漏。但在本实施方式中以泄漏点产生的声发射信号作为被检测的对象，有利于实现泄漏点的精确定位，且较容易发现轻微的泄漏。需要说明的是，上述埋地输气管泄漏点定位方法可配合传统方法使用，先利用传统方法预估出泄漏点的大概位置，然后在利用上述埋地输气管泄漏点定位方法进行精确定位。

一实施方式中的声发射检测系统，可用于实现上述埋地输气管泄漏点定位方法。具体地，声发射检测系统包括声发射传感器、声发射采集卡及计算机，声发射传感器和声发射采集卡均与计算机电连接。

具体地，声发射检测系统还包括信号电缆，信号电缆电连接声发射传感器与计算机。信号电缆用于传输电压信号，以防止被传输的电压信号受到干扰。声发射检测系统还包括前置放大器，前置放大器与计算机电连接，前置放大器与声发射采集卡电连接，前置放大器用于放大声发射传感器输出的电压信号。

工作时，将声发射传感器设置于埋地输气管上，利用信号电缆电连接声发射传感器与计算机。声发射传感器将采集到的声发射信号输出成电压信号，电压信号经信号电缆输送至计算机，接着电压信号经前置放大器放大后达到声发射采集卡，声发射采集卡可驱动计算机的显示屏输出距离-幅值衰减曲线、定位图或波形图，或者声发射采集卡可驱动计算机的显示屏输出距离-幅值衰减曲线、定位图和波形图，以实现泄漏点的精确定位。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种埋地输气管泄漏点定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100，将至少两个声发射传感器沿埋地输气管的长度方向间隔设置于所述埋地输气管上，所述声发射传感器采集声发射源的声发射信号；

S200，获取相邻的两个所述声发射传感器之间的距离D及所述埋地输气管的材料的声速V；

S300，获取与泄漏点相邻的两个所述声发射传感器接收到泄漏产生的声发射信号的时间差T；及

S400，得到所述泄漏点至较靠近所述泄漏点的一个所述声发射传感器的距离d＝0.5(D-T·V)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S100之后，还包括步骤S100a：

获取所述声发射源的声发射信号在所述埋地输气管上的衰减规律，根据所述衰减规律调节所述声发射传感器的设置参数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述设置参数包括所述声发射传感器的频率、相邻两个所述声发射传感器之间的距离D、所述声发射传感器的数量及所述声发射传感器的门槛值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤获取所述声发射源的声发射信号在所述埋地输气管上的衰减规律包括：

提供铅笔芯；

所述铅笔芯断铅作为声发射源；

所述声发射传感器采集所述铅笔芯断铅产生的声发射信号；

生成距离-幅值衰减曲线，所述距离-幅值衰减曲线即为所述衰减规律。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当所述距离-幅值衰减曲线陡峭时，降低所述声发射传感器的频率、缩短相邻两个所述声发射传感器之间的距离D、增加所述声发射传感器的数量及降低所述声发射传感器的门槛值；当所述距离-幅值衰减曲线平缓时，提高所述声发射传感器的频率、增加相邻两个所述声发射传感器之间的距离D、减少所述声发射传感器的数量及提高所述声发射传感器的门槛值。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S400之前，还包括步骤S400a：

生成所述声发射信号对应的声发射源的定位图，所述定位图用于显示所述声发射源与和所述声发射源相邻的所述声发射传感器的相对位置关系。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S400之前，还包括步骤S400b：

生成所述声发射信号的波形图，判断所述波形图是连续型还是突发型，若所述波形图是连续型，则所述声发射信号对应的声发射源由泄漏产生，若所述波形图是突发型，则所述声发射信号对应的声发射源不是由泄漏产生。

8.根据权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于，所述声发射传感器的定位方式为柱面定位。

9.根据权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于，所述声发射传感器与所述埋地输气管之间设置有耦合剂层。

10.根据权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于，所述声发射传感器为低频传感器。