CN109915738B - 一种管道超声波衰减检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道超声波衰减检测系统及方法，所述系统包括：超声波发射探头、通过信号线与所述超声波发射探头连接的超声波信号发生器、超声波接收器，其中，所述超声波探头位于所述管道内；所述超声波探头发射的超声波穿过所述管道后形成的超声波频谱范围位于所述超声波接收器的工作带宽范围内。应用本发明实施例可以使针对管道的超声波衰减测量结果更准确。

Description

一种管道超声波衰减检测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种管道检测方法及装置，更具体涉及一种管道超声波衰减检测系统及方法。

背景技术

自来水管网和石油管网等物料运输管道作为基础性工程设施，是城市生命线的重要组成部分，对稳定城市经济社会发展和保证居民生活水平具有不可或缺的作用。然而，管道泄漏时有发生，不仅带来重大的经济损失，而且污染环境，严重时甚至会危及人民生命安全。然而自来水管网和石油管网等多数置于地下，在城市地下管网的日常运行管理中，需要借助于管道内移动检测器或示踪装置对地下管道进行状态检测。由于这些仪器或装置工作于地下管道内部，且沿着管道移动，地面上的工作人员无法获知其在管道内的具体位置。超声波因其具有良好的传播性和穿透性，可被用作对管道内的检测器件进行定位测距的介质载体。然而，超声波在物料管道，尤其是液体管道内传播时会产生衰减，其衰减特性会直接影响管道内检测器件的定位距离，从而产生定位盲区。为了减少液体管道内移动检测器或装置的定位盲区，提高定距离和精度，需要对超声波在液体管道内的衰减特性进行检测。

目前，针对超声波衰减检测与实验研究是基于经典的频谱比法，所采用的检测系统是“自发自收”模式。超声波在液体运输管道内部传播过程中，由于管道内物料的流动，会产生超声波信号的频移现象。另外，超声波会在管道内壁和管道连接处产生多次反射与折射，最终形成较为复杂的、含有多种频率的机械波。由于检测系统接收的超声波信号的频率存在多个频率谱，在应用频谱比法的过程中不能进行全部频率谱的比较，进而导致针对管道的超声波衰减测量结果不准确。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供了一种管道超声波衰减检测系统及方法，以使针对管道的超声波衰减测量结果更准确。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

本发明实施例提供了一种管道超声波衰减检测系统，所述系统包括：超声波发射探头、通过信号线与所述超声波发射探头连接的超声波信号发生器、超声波接收器，其中，

所述超声波探头位于所述管道内；

所述超声波探头发射的超声波穿过所述管道后形成的超声波频谱范围位于所述超声波接收器的工作带宽范围内。

可选的，所述系统还包括固定于管道内的信号线绕轴；

所述信号线的首端连接在所述超声波信号发生器上，所述信号线的穿过所述管道侧壁，并分匝缠绕于所述信号线绕轴上，所述信号线的末端连接在所述超声波发射探头上。

可选的，所述信号线通过密封圈与所述管道连接。

可选的，所所述超声波接收器设置于，所述超声波发射探头沿所述管道内物料运输方向运动的路径上。

可选的，所述系统还包括：数据采集仪以及上位机，其中，

所述数据采集仪，用于根据所述超声波接收器所接收的信号进行采样处理；

所述上位机，用于根据所述数据采集仪采集的采样信号进行拟合处理。

本发明实施例还提供了基于上述任一种管道超声波衰减检测方法，所述方法包括：

针对管道上每一个设定点，在超声波发射探头运动到所述设定点后，获取所述设定点对应的超声波信号；

根据所述超声波信号，利用峰值检测法获取所述采样信号中包含的峰值点的幅值以及所述峰值点对应的时刻；

根据所述峰值点以及所述峰值点对应的时刻，利用线性插值算法，获取所述采样信号的包络数据信息；

根据所述包络数据信息，利用算术平均值方法，获取所述超声波信号的强度；

根据每一个设定点对应的超声波信号的强度，进行数学拟合处理，得到所述管道的超声波衰减特性曲线。

本发明相比现有技术具有以下优点：

应用本发明实施例，针对每一个设定点，获取每一个设定点超声波信号，然后对该设定点的超声波信号包含的峰值点进行插值处理，进而获取该设定点的超声波信号的强度包络数据信息，然后进行算术平均，得到该设定点的超声波信号的强度，进而可以获取更加准确的超声波强度信息，进而提高了管道超声波衰减测试结果的准确性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种管道超声波衰减检测系统结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种管道超声波衰减检测方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种管道超声波衰减检测方法的原理示意图；

图4为本发明实施例提供的一种管道超声波衰减检测方法中得到的超声波衰减特性曲线示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明实施例提供了一种管道超声波衰减检测系统及方法，下面首先就本发明实施例提供的一种管道超声波衰减检测系统进行介绍。

实施例1

图1为本发明实施例提供的一种管道101超声波衰减检测系统结构示意图，如图1所示，所述系统包括：超声波发射探头104、通过信号线与所述超声波发射探头104连接的超声波信号发生器105、超声波接收器106，其中，

所述超声波探头位于所述管道101内；

超声波信号发生器105产生超声波信号，然后通过信号线将产生的超声波传输至位于管道101内的超声波探头，所述超声波探头发射的超声波穿过所述管道101后形成的超声波频谱范围位于所述超声波接收器106的工作带宽范围内。

超声波探头在管道101内发射超声波，超声波在管道101内传播。超声波在传播过程中会经过折射、散射、衍射进而抵达管道101侧壁，将超声波接收器106贴在管道101外壁上可以测得超声波探头所发射的超声波信号，进而可以得到超声波的强度信息。

应用本发明图1所示实施例，通常情况下管道101的长度较长，现有的自发自收系统定位不便，导致无法采用基于“自发自收”模式的检测系统进行超声波衰减特性测量，应用本发明实施例，在管道101外部进行检测，相对与现有技术中“自发自收”的检测模式，更加方便长管道101的检测。

另外，由于城市供水管网位于地下，导致系统定位不便，因此，本发明实施例尤其适用于城市供水管道的检测，提高了管道超声波衰减测试结果的准确性，可以精确地评估供水管道的衰减状态，进而可以知晓供水管道的使用寿命，提高了城市供水系统的可靠性。

实施例2

本发明实施例2与实施例1的区别在于，所述系统还包括固定于管道101内的信号线绕轴103；

所述信号线的首端连接在所述超声波信号发生器105上，所述信号线的穿过所述管道101侧壁，并分匝缠绕于所述信号线绕轴103上，所述信号线的末端连接在所述超声波发射探头104上。

在管道101内有物料运输时，超声波发射探头104可以从初始位置，即超声波发射探头104离信号线穿过管道101的点最近的设定点开始随着物料的前进而向前运动，此时超声波发射探头104可以拖动信号线向前运动，由于管道101的长度较长，信号线绕轴103上可以缠绕若干层的信号线，随着超声波发射探头104的向前运动，信号线绕轴103上的若干层的信号线不断释放，进而可以使超声波发射探头104即使远离初始位置，也可以接收到超声波信号发生器105的信号。

实施例3

本发明实施例3与本发明实施例2的区别在于，所述信号线通过密封圈102与所述管道101连接。

为了避免由于信号线穿过管道101导致的管道101泄漏，可以使用密封圈102将信号线与管道101进行密封连接。

实施例4

本发明实施例4与本发明实施例1的区别在于，所所述超声波接收器106设置于，所述超声波发射探头104沿所述管道101内物料运输方向运动的路径上。

通常情况下，如图1所示，超声波发射探头104向右运动，则应当将超声波接收器106设置于超声波发射探头104的右侧方向上，管道101外的设定点进行超声波信号的接收。

实施例5

本发明实施例5与实施例1的区别在于，所述系统还包括：数据采集仪107以及上位机108，其中，

所述数据采集仪107，用于根据所述超声波接收器106所接收的信号进行采样处理；

所述上位机108，用于根据数据线109接收数据采集仪107采集的采样信号并进行拟合处理。

在实际应用中，数据采集仪107可以根据超声波接收器106接收的经过反射、折射、散射、以及衍射后的超声波信号进行采样和/或滤波处理。

上位机108可以根据所述超声波信号，利用峰值检测法获取所述采样信号中包含的峰值点的幅值以及所述峰值点对应的时刻；根据所述峰值点以及所述峰值点对应的时刻，利用线性插值算法，获取所述采样信号的包络数据信息；根据所述包络数据信息，利用算术平均值方法，获取所述超声波信号的强度；根据每一个设定点对应的超声波信号的强度，进行数学拟合处理，得到所述管道101的超声波衰减特性曲线。

应用本发明上述实施例，针对每一个设定点，获取每一个设定点超声波信号，然后对该设定点的超声波信号包含的峰值点进行插值处理，进而获取该设定点的超声波信号的强度包络数据信息，然后进行算术平均，得到该设定点的超声波信号的强度，进而可以获取更加准确的超声波强度信息，进而提高了管道101超声波衰减测试结果的准确性。

实施例6

图2为本发明实施例提供的一种管道101超声波衰减检测方法的流程示意图；图3为本发明实施例提供的一种管道101超声波衰减检测方法的原理示意图；如图2和图3所示，本发明实施例还提供了一种管道101超声波衰减检测方法，所述方法包括：

S201：针对管道101上每一个设定点，在超声波发射探头104运动到所述设定点后，获取所述设定点对应的超声波信号。

具体的，可以将超声波发射探头104离信号线穿过管道101的点作为初始点，离初始点1m的点作为第一个设定点，离初始点5m的点作为第二个设定点，离初始点9m的点作为第三个设定点，离初始点13m的点作为第四个设定点，离初始点17m的点作为第五个设定点，离初始点21m的点作为第六个设定点，离初始点25m的点作为第七个设定点。

然后使用超声波接收器106在上述七个设定点处的管道101外壁上接收超声波发射探头104发射的超声波信息。

下面以第一个设定点为例进行说明。

为了进一步提高接收的灵敏度，可以使用超声波耦合剂涂抹于设定点处的管道101外壁上，然后将超声波接收器106贴于超声波耦合剂上。

S202：根据所述超声波信号，利用峰值检测法获取所述采样信号中包含的峰值点的幅值以及所述峰值点对应的时刻。

具体的，可以针对超声波接收器106在第一个设定点处所接收到的频谱范围内各个频率对应的强度峰值进行检测，得到不同频率下的峰值点的幅值。

S203：根据所述峰值点以及所述峰值点对应的时刻，利用线性插值算法，获取所述采样信号的包络数据信息。

针对S202步骤中获取的峰值点的幅值，使用线性插值算法，以峰值点的幅值为基本点进行插值运算，得到若干个插值点，进而使用曲线将这些插值点连贯起来，得到第一个设定点的采样信号的包络数据信息。

S204：根据所述包络数据信息，利用算术平均值方法，获取所述超声波信号的强度。

使用算数平均算法，计算包络数据信息对应的平均值，例如，可以使用定积分计算包络数据信息对应的面积，然后使用该面积与频谱宽度的比值计算平均值。并将该平均值作为第一个设定点的超声波信号的强度。

经过整理后得到的超声波信号的强度数据如表1所示，表1为超声波信号的强度数据，

表1

S205：根据每一个设定点对应的超声波信号的强度，进行数学拟合处理，得到所述管道101的超声波衰减特性曲线。

对表1所列的数据进行曲线拟合，图4为本发明实施例提供的一种管道101超声波衰减检测方法中得到的超声波衰减特性曲线示意图，如图4所示，

通过拟合计算得到收发距离x与接收信号电压y之间关系曲线数学表达式：

y＝317.168*e^-0.075*x，其中，

y为超声波接收器106接收的超声波信号的强度；x为超声波发射探头104距离初始点的距离。

根据上述表达式，当收发距离为50米时，接收器输出信号电压为7.571mV，收发距离为100米时，接收器输出信号电压为0.181mV。

应用本发明图1所示实施例，针对每一个设定点，获取每一个设定点超声波信号，然后对该设定点的超声波信号包含的峰值点进行插值处理，进而获取该设定点的超声波信号的强度包络数据信息，然后进行算术平均，得到该设定点的超声波信号的强度，进而可以获取更加准确的超声波强度信息，进而提高了管道101超声波衰减测试结果的准确性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种管道超声波衰减检测系统的检测方法，其特征在于，所述系统包括：超声波发射探头、通过信号线与所述超声波发射探头连接的超声波信号发生器、超声波接收器，其中，所述超声波探头位于所述管道内；所述超声波探头发射的超声波穿过所述管道后形成的超声波频谱范围位于所述超声波接收器的工作带宽范围内；

所述系统还包括固定于管道内的信号线绕轴；所述信号线的首端连接在所述超声波信号发生器上，所述信号线的穿过所述管道侧壁，并分匝缠绕于所述信号线绕轴上，所述信号线的末端连接在所述超声波发射探头上；

数据采集仪以及上位机，其中，所述数据采集仪，用于根据所述超声波接收器所接收的信号进行采样处理；所述上位机，用于根据所述数据采集仪采集的采样信号进行拟合处理；

所述方法包括：

针对管道上每一个设定点，在超声波发射探头运动到所述设定点后，获取所述设定点对应的超声波信号；

根据所述超声波信号，利用峰值检测法获取所述采样信号中包含的峰值点的幅值以及所述峰值点对应的时刻；

根据所述峰值点以及所述峰值点对应的时刻，利用线性插值算法，获取所述采样信号的包络数据信息；

根据所述包络数据信息，利用算术平均值方法，获取所述超声波信号的强度；

根据每一个设定点对应的超声波信号的强度，进行数学拟合处理，得到所述管道的超声波衰减特性曲线。

2.根据权利要求1所述的一种管道超声波衰减检测系统的检测方法，其特征在于，所述信号线通过密封圈与所述管道连接。

3.根据权利要求1所述的一种管道超声波衰减检测系统的检测方法，其特征在于，所述超声波接收器设置于，所述超声波发射探头沿所述管道内物料运输方向运动的路径上。

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