CN110274159B - 一种管网检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种管网检测系统，管网包括连通于管道且一端伸出于地面上的至少二连接装置，管网检测系统包括用于使管道内的液体介质产生原始信号的信号发生装置，用于接收检测信号的信号接收装置，以及用于分析原始信号与检测信号之间相关性的信号分析装置，信号发生装置与连接装置可拆卸连接，信号接收装置与另一连接装置可拆卸连接。本发明采用了信号发生装置、信号接收装置与信号分析装置配合，通过将信号发生装置和信号接收装置分别与两个伸出在地面上的连接装置连通，借助管道内的液体介质传输具有特定频率的信号，通过该信号的对比分析了解管道状态，从而有效地解决了无法在正常供水和不破坏地面建筑物的前提下对管道状态进行检测的问题。

Description

一种管网检测系统

技术领域

本发明属于管道检测设备的技术领域，更具体地说，是涉及一种管网检测系统。

背景技术

目前，随着市政供水系统管道的长期运行，管道中会出现堵塞、气蚀、漏损、阀门密闭性无法判定等问题，这些问题容易导致管道发生爆裂、压力波动范围过大、管道运行不稳定以及管道漏损等不利情况，造成地下的自来水外露地面、影响地面交通、浪费水资源、影响水质等一系列负面情况，因此需要对管道状况作周期性的检测和评估。但是，由于市政供水系统中大部分的管道都是掩埋在地面以下，如何在正常供水和不破坏地面建筑物的前提下对管道状态进行检测，成了行业内丞待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管网检测系统，以解决现有技术中，无法在正常供水和不破坏地面建筑物的前提下对管道状态进行检测的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供了一种用于对管网进行检测的管网检测系统，所述管网包括至少一管道，设置于所述管道内的用于启闭所述管道的至少一管道阀门，及连通于所述管道且一端伸出于地面上的至少二连接装置，所述管道阀门设置于相邻二所述连接装置的间隔处；所述管网检测系统包括：

信号发生装置，用于使所述管道内的液体介质产生具有特定频率的原始信号，所述信号发生装置与所述连接装置可拆卸连接；

信号接收装置，用于接收通过所述管道内液体介质传输过来的检测信号，所述信号接收装置与另一所述连接装置可拆卸连接；以及

信号分析装置，用于存储所述原始信号和所述检测信号的数据且分析所述原始信号与所述检测信号之间的相关性。

进一步地，所述特定频率为0～30Hz。

进一步地，所述原始信号于所述管道内通过所述液体介质传输的范围为0～3000m。

进一步地，所述信号发生装置包括：

信号发生机构，用于产生所述原始信号，所述信号发生机构包括用于连接所述连接装置的球阀组件，及用于驱动所述球阀组件致使所述液体介质产生压力波的驱动组件，所述球阀组件与所述驱动组件紧固连接；以及

信号控制机构，用于控制所述驱动组件的转速和扭矩，所述信号控制机构包括与所述驱动组件电连接的控制组件，及分别与所述驱动组件和所述控制组件电连接的电源组件。

进一步地，所述球阀组件包括直通式阀体，及转动连接于所述直通式阀体内的用于开启/关闭所述直通式阀体的启闭件，所述直通式阀体包括用于与所述连接装置连接的进液口，及排液口。

进一步地，所述驱动组件包括与所述启闭件紧固连接的电机，连接于所述启闭件和所述电机之间的减速器，以及与所述减速器的输出轴连接的传感器。

进一步地，所述控制组件包括与电机电连接的电机驱动器，以及与所述电机驱动器电连接的可编程逻辑控制器。

进一步地，所述信号控制机构还包括分别与所述控制组件和所述电源组件电连接的人机交互组件和第一远程数据传输组件。

进一步地，所述信号接收装置包括信号采集组件，以及与所述信号采集组件电连接的第二远程数据传输组件。

进一步地，所述信号分析装置包括处理器、与所述处理器电连接的存储器，以及装载于所述存储器内的分析程序。

本发明提供的管网检测系统的有益效果在于：采用了信号发生装置、信号接收装置与信号分析装置配合，通过将信号发生装置和信号接收装置分别与两个伸出在地面上的连接装置连通，借助管道内的液体介质传输具有特定频率的信号，并且通过信号分析装置将信号发生装置产生的原始信号与信号接收装置采集的检测信号进行对比分析，进而了解管道状态，从而有效地解决了无法在正常供水和不破坏地面建筑物的前提下对管道状态进行检测的技术问题，降低了对地下管道状态检测的难度，提高了管网检测的工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的管网检测系统的工作原理图；

图2为本发明实施例提供的管网的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的信号发生装置中信号发生机构的立体示意图；

图4为本发明实施例提供的信号发生装置中信号控制机构的立体示意图。

其中，图中各附图标记：

1—管网检测系统、11—信号发生装置、12—信号接收装置、13—信号分析装置、111—信号发生机构、112—信号控制机构、1111—球阀组件、1112—驱动组件、1121—控制组件、1122—电源组件、1123—人机交互组件、1111a—直通式阀体、1111b—启闭件、1112a—电机、1112b—减速器、1112c—传感器、1121a—电机驱动器、1121b—可编程逻辑控制器、2—管网、22—管道阀门、211—第一管道、212—第二管道、213—第三管道、214—第四管道、231—第一消防栓、232—第二消防栓、233—第三消防栓、234—第四消防栓、Q—气蚀、D—堵塞。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1和图2，现对本发明提供的管网检测系统进行说明。该管网检测系统1用于对管网2进行检测，该管网2包括至少一条管道(未标注)、至少一个管道阀门22以及至少两个连接装置(未标注)，其中，管道阀门22设置在管道内，并且位于相邻的两个连接装置的间隔处，用于启闭管道，连接装置与管道连通，并且连接装置的一端伸出在地面上；该管网检测系统1包括信号发生装置11、信号接收装置12以及信号分析装置13，其中，信号发生装置11与连接装置可拆卸连接，用于使管道内的液体介质产生具有特定频率的原始信号，信号接收装置12与分布在管道阀门22另一侧的另一连接装置可拆卸连接，用于接收通过管道内液体介质传输过来的检测信号，信号分析装置13用于存储原始信号和检测信号的数据，并且分析原始信号与检测信号之间的相关性。

在实际生活中，常见的管网为市政供水管网，本发明以市政供水管网作为对象进行说明。具体地，请参阅图2，管网2包括四条管道、一个管道阀门22以及四个连接装置，四条管道整体构成“井”字结构，连接装置为常见的消防栓。为便于解释说明，将四个管道依次命名为第一管道211、第二管道212、第三管道213和第四管道214，将四个消防栓依次命名为第一消防栓231、第二消防栓232、第三消防栓233和第四消防栓234，其中，在第一管道211上连接有第一消防栓231、第二消防栓232和第三消防栓233，在第三管道213上连接有第四消防栓234。

可以理解的是，当第一消防栓231和第二消防栓232之间至少设有一个管道阀门22时，利用管网检测系统1能够对该管道阀门22的密闭性进行检测。检测时，可将第一消防栓231作为信号发生装置11与管道连通的第一连接节点，可将第二消防栓232可作为信号接收装置12与管道连通的第二连接节点，和/或将第三消防栓233作为信号接收装置12与管道连通的第二连接节点。

管网检测系统1工作原理：首先，信号发生装置11产生特定频率的原始信号，同时实时采集原始信号并且将该原始信号的数据传送给信号分析装置13进行记录保存，以便后续进行信号相关性分析，并且提高信号对比的准确性；

接着原始信号随管道内的水流经管道阀门22后，在管道阀门22另一侧的第二消防栓232或第三消防栓233上利用信号接收装置12采集具有上述特定频率的信号，以得到检测信号，并且将该检测信号的数据传送给信号分析装置13进行记录保存，使得信号分析装置13可根据采集到的原始信号与检测信号之间的对比情况来确定管道阀门22的密闭情况；

接着信号分析装置13根据保存的数据和下述相关系数公式来分析原始信号与检测信号之间的相关性：

其中，R为相关系数，X为检测信号的第二波形曲线中数据点的数值，

为该第二波形曲线中所有数据点的平均数值，Y为原始信号的第一波形曲线数据点的数值，

为该第一波形曲线中所有数据点的平均数值；

接着信号分析装置13通过上述相关系数计算公式计算得到第一相关系数R1、第二相关系数R2及第三相关系数R3后，可根据R1、R2、R3的均值来确定最终的相关系数，也可以取其中某一个相关系数值、或者某两个相关系数值来确定最终的相关系数，以根据最终的相关系数来确定检测信号与原始信号之间的相关性。

在本发明实施例中，原始信号与检测信号之间的相关性包括：高度线性相关、显著性相关和低度线性相关。当最终所确定的相关系数︱R︱大于或等于第一预设相关系数阈值时，则认为原始信号与检测信号之间为高度线性相关；当最终所确定的相关系数︱R︱小于第二预设相关系数阈值时，则认为原始信号与检测信号之间为低度线性相关；当最终所确定的相关系数︱R︱大于或等于第二预设相关系数阈值且小于第一预设相关系数阈值时，则认为原始信号与检测信号之间为显著性相关。

其中，第一预设相关系数阈值、第二预设相关系数阈值可根据管道及原始信号的实际情况确定，如根据实际情况可确定第一预设相关系数阈值为0.4、第二预设相关系数阈值为0.7，进而，当最终所确定的相关系数︱R︱大于或等于0.7时，则认为原始信号与检测信号之间为高度线性相关；当最终所确定的相关系数︱R︱小于0.4时，则认为原始信号与检测信号之间为低度线性相关；当最终所确定的相关系数︱R︱大于或等于0.4且小于0.7时，则认为原始信号与检测信号之间为显著性相关。

最终根据相关性是高度线性相关、显著性相关还是低度线性相关来确定管道阀门22的密闭性，具体地，当最终确定的相关性为高度线性相关时，表明经过管道阀门22前后的原始信号的第一波形曲线与检测信号的第二波形曲线变化不大，则可确定管道阀门22的密闭性较差；当最终确定的相关性为低度线性相关时，表明经过管道阀门22前后的原始信号的第一波形曲线与检测信号的第二波形曲线相差较大，则可确定管道阀门22的密闭性良好；当最终确定的相关性为显著性相关时，可根据大量历史检测数据直接确定管道阀门22为密闭性良好或者较差，此时，也可通过人工检查或者其它方式来进一步确定管道阀门22的密闭性。

此外，当连接相邻的两个消防栓之间的管道内未设有管道阀门22时，利用管网检测系统1能够对该管道的气蚀或堵塞进行检测。检测时，可将第一消防栓231作为信号发生装置11与管道连通的第一连接节点，可将第四消防栓234可作为信号接收装置12与管道连通的第二连接节点，即可对第二管道212上的堵塞D，或者第四管道214上的气蚀Q进行检测。由于对管道的气蚀Q或堵塞D的检测与对管道阀门22的密闭性检测的区别是连接相邻的两个消防栓之间的管道内未设有管道阀门22，因此原始信号与检测信号的相关性可以比照管道阀门22的密闭性较差的情形，即比照原始信号的第一波形曲线与检测信号的第二波形曲线变化不大的情形，然而由于管道存在气蚀Q或堵塞D，气蚀Q或堵塞D会影响原始信号的传播，使检测信号的第二波形曲线相比原始信号的第一波形曲线发生变化，因此可通过对比第一波形曲线与第二波形曲线的变化来判断管道是否存在气蚀Q或堵塞D。

本发明提供的管网检测系统1，与现有技术相比，有益效果在于：采用了信号发生装置11、信号接收装置12与信号分析装置13配合，通过将信号发生装置11和信号接收装置12分别与两个伸出在地面上的连接装置连通，借助管道内的液体介质传输具有特定频率的信号，并且通过信号分析装置13将信号发生装置11产生的原始信号与信号接收装置12采集的检测信号进行对比分析，进而了解管道状态，从而有效地解决了无法在正常供水和不破坏地面建筑物的前提下对管道状态进行检测的技术问题，降低了对地下管道状态检测的难度，提高了管网检测的工作效率。

优选地，在本发明提供的实施例中，上述特定频率的范围为0～30Hz。比如，对于DN100～DN800的管道，也即是对于直径大于或等于100mm(毫米)且小于或等于800mm的管道，上述信号发生装置11产生的原始信号的频率可采用0.1Hz～6.5Hz，采用该范围的频率可以有效地增加该原始信号沿液体介质传输的距离。

进一步地，在本发明提供的实施例中，上述原始信号在管道内通过液体介质传输的范围为0～2000m，如此，即使原始信号在传输的过程中会出现一定衰减，也能保证上述信号接收装置12可采集到有效的检测信号，从而大大地提高了管道检测的有效范围，保证了检测的有效性和准确性。

进一步地，请参阅图3，在本发明提供的实施例中，上述信号发生装置11包括信号发生机构111和信号控制机构112，其中，信号发生机构111用于产生上述原始信号，并且信号发生机构111包括球阀组件1111和驱动组件1112，该球阀组件1111与驱动组件1112紧固连接，用于连接上述连接装置，该驱动组件1112用于驱动球阀组件1111致使上述管道内的液体介质产生压力波，即原始信号以压力波的形式在液体介质中传输；信号控制机构112用于控制驱动组件1112的转速和扭矩，并且信号控制机构112包括控制组件1121和电源组件1122，该控制组件1121与驱动组件1112电连接，该电源组件1122分别与驱动组件1112和控制组件1121电连接。

进一步地，请参阅图3，在本发明提供的实施例中，上述球阀组件1111包括直通式阀体1111a和启闭件1111b，其中，直通式阀体1111a包括进液口和排液口，该进液口用于与连接装置的出液口连接，启闭件1111b可转动地连接在直通式阀体1111a内，用于开启/关闭直通式阀体1111a。具体地，直通式阀体1111a可通过螺纹结构与连接装置可拆卸连接，或者通过卡扣结构与连接装置可拆卸连接，进而提高了信号发生机构111的拆装便捷性；启闭件1111b容置在直通阀体1111a内，启闭件1111b通过自身的转动使得直通阀体1111a在开启和关闭状态之间反复切换，进而使上述管道内的液体介质反复断续地从进液口流入从排液口流出，使得管道内的4液体介质产生有规律的压力变化，从而形成压力波，即原始信号。

进一步地，请参阅图3，在本发明提供的实施例中，上述驱动组件1112包括电机1112a、减速器1112b以及传感器1112c，其中，电机1112a与上述启闭件1111b紧固连接，减速器1112b连接在启闭件1111b和电机1112a之间，传感器1112c与减速器1112b的输出轴连接。具体地，电机1112a为伺服电机，并且电机1112a的功率为400W(瓦)，额定转速为3000n/min(转/分钟)，额定扭矩为1.27N·M(牛·米)；减速器1112b为10:1的减速器，即速度缩小10倍，扭矩放大10倍，使得启闭件1111b的转速为300n/min，扭矩为12.7N·M；传感器1112c用于检测减速器1112b的输出轴的转速和转角。当然，根据具体情况和需求，在本发明的其它实施例中，驱动组件1112还可包括伺服电机编码器等其它组件，电机1112a还可为步进电机等，减速器1112b的减速比可为其它比值，此处不作唯一限定。

进一步地，请参阅图4，在本发明提供的实施例中，上述控制组件1121包括电机驱动器1121a和可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)1121b，其中，电机驱动器1121a与上述电机1112a电连接，可编程逻辑控制器1121b与电机驱动器1121a电连接。具体地，电机驱动器1121a为伺服驱动器，电机驱动器1121a可接收电机编码器的反馈信息，并且通过控制电机1112a的三个相线的电流来控制电机1112a的转速和扭矩；可编程逻辑控制器1121b可以实现开关量的逻辑控制、电机单元的脉冲控制以及工业总线通讯等功能，此处，可编程逻辑控制器1121b可选用台达DVP12SA211T，其集成了八个开关量输入点和四个开关量输出点，两路RS485通讯接口，兼容MODBUS ASCII/RTU通讯协议，两路200KHz脉冲输出，两路20KHz脉冲输出等功能，可以满足信号发生装置11的控制需求。

进一步地，请参阅图4，在本发明提供的实施例中，上述信号控制机构112还包括人机交互组件1123和第一远程数据传输组件(未标注)，其中，人机交互组件1123和第一远程数据传输组件分别与上述控制组件1121和电源组件1122电连接。具体地，人机交互组件1123为触控显示屏，或者包括显示屏和键盘，用于供技术人员输入指令或了解信号发生装置11的运行状态；第一远程数据传输组件用于将上述原始信号数据通过无线传输协议传输给上述信号分析装置13进行记录保存。

进一步地，请参阅图1，在本发明提供的实施例中，上述信号接收装置12包括信号采集组件(未图示)和第二远程数据传输组件(未图示)，其中，该信号采集组件与该第二远程数据传输组件电连接。具体地，该信号采集组件用于采集上述管道内的液体介质传递过来的检测信号，该第二远程数据传输组件用于将该检测信号数据通过无线传输协议传输给上述信号分析装置13进行记录保存。

进一步地，请参阅图1，在本发明提供的实施例中，上述信号分析装置13包括处理器(未图示)、存储器(未图示)以及分析程序(未图示)，其中，该存储器与该处理器电连接，该分析程序装载在该存储器内。具体地，信号分析装置13可为台式电脑、移动终端(手机、平板电脑)及云端服务器等计算设备；该处理器可为中央处理单元(Central ProcessingUnit，CPU)，还可为其它通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其中，通用处理器可为微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等；该存储器可为信号分析装置13的内部存储单元，如：硬盘或存储卡，也可为信号分析装置13的外部存储单元，如：存储云，用于存储分析程序以及管网检测系统1所需的其它程序和数据，还可用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据；该分析程序用于分析上述原始信号与上述检测信号的相关性，并且输出最终的分析结果。

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 (7)

1.管网检测系统，用于对管网进行检测，所述管网包括至少一管道，设置于所述管道内的用于启闭所述管道的至少一管道阀门，及连通于所述管道且一端伸出于地面上的至少二连接装置，所述管道阀门设置于相邻二所述连接装置的间隔处，其特征在于，所述管网检测系统包括：

信号发生装置，用于使所述管道内的液体介质产生具有特定频率的原始信号，所述信号发生装置位于地面上并与所述连接装置可拆卸连接；所述特定频率为0~30Hz；所述原始信号于所述管道内通过所述液体介质传输的范围为0~3000m；

所述信号发生装置包括：

信号发生机构，用于产生所述原始信号，所述信号发生机构包括用于连接所述连接装置的球阀组件，及用于驱动所述球阀组件致使所述液体介质产生压力波的驱动组件，所述球阀组件与所述驱动组件紧固连接；以及

信号控制机构，用于控制所述驱动组件的转速和扭矩，所述信号控制机构包括与所述驱动组件电连接的控制组件，及分别与所述驱动组件和所述控制组件电连接的电源组件；

信号接收装置，用于接收通过所述管道内液体介质传输过来的检测信号，所述信号接收装置位于地面上并与另一所述连接装置可拆卸连接；以及

信号分析装置，用于存储所述原始信号和所述检测信号的数据且分析所述原始信号与所述检测信号之间的相关性。

2.如权利要求1所述的管网检测系统，其特征在于，所述球阀组件包括直通式阀体，及转动连接于所述直通式阀体内的用于开启/关闭所述直通式阀体的启闭件，所述直通式阀体包括用于与所述连接装置连接的进液口，及排液口。

3.如权利要求1所述的管网检测系统，其特征在于，所述驱动组件包括与所述启闭件紧固连接的电机，连接于所述启闭件和所述电机之间的减速器，以及与所述减速器的输出轴连接的传感器。

4.如权利要求1所述的管网检测系统，其特征在于，所述控制组件包括与电机电连接的电机驱动器，以及与所述电机驱动器电连接的可编程逻辑控制器。

5.如权利要求1所述的管网检测系统，其特征在于，所述信号控制机构还包括人机交互组件和第一远程数据传输组件，所述人机交互组件和第一远程数据传输组件均与所述控制组件和所述电源组件电连接。

6.如权利要求1所述的管网检测系统，其特征在于，所述信号接收装置包括信号采集组件，以及与所述信号采集组件电连接的第二远程数据传输组件。

7.如权利要求1所述的管网检测系统，其特征在于，所述信号分析装置包括处理器、与所述处理器电连接的存储器，以及装载于所述存储器内的分析程序及网页、可视化移动终端。

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