CN111102477A - 一种基于超声波声速的管道泄漏定位方法及装置 - Google Patents

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郎宪明
李金娜
袁文强
张琳
王佳政
石雨庚
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Abstract

本发明公开了一种基于超声波声速的管道泄漏定位方法及装置，包括以下步骤：建立待测流体输送管道超声波声速与管道内部压力之间的数学关系式；在待测流体输送管道首末站安装超声波传感器并采集超声波声速信号；获取泄漏点产生的超声波信号传送至流体输送管道首末站的时间差；采用到达流体输送管道首末站的超声波声速信号拐点的时间差与负压波波速，计算泄漏点的位置。其装置包括超声波声速信号获取模块及计算模块。本发明提供一种基于超声波声速的管道泄漏定位方法及装置，其避免管道开孔安装压力变送器，是一种流体输送管道无损监测方法，同时其在对流体输送管道泄漏点定位时，利用管道首末站超声波声速信号拐点及负压波波速进行泄漏点定位，提高了利用超声波传感器进行流体输送管道泄漏检测及定位的可行性。

Description

一种基于超声波声速的管道泄漏定位方法及装置
技术领域:
本发明属于流体输送管道泄漏监测技术领域，尤其涉及一种基于超声波声速的管道泄漏定位方法及装置。
背景技术:
目前用于流体输送管道的泄漏监测方法有很多种，目前主流管道泄漏检测与定位方法是基于管道流体质量守恒和管道首末站压力信号进行检测与定位的。传统的负压波法需要在管道上开孔安装压力变送器，安装位置破坏管道内部压力分布，从而影响泄漏定位精度，而采用超声波传感器不仅不用在管道上开孔，而且保持管道内部压力正常分布，是一种无损检测方法，流体管道现场安装、调试方便。并且超声波声速信号采样率及信号分辨率较高，提高了泄漏点的定位精度。
现有的专利很少涉及基于超声波声速的泄漏定位方法，对泄漏定位的实现较多的是根据管道首末站的压力传感器或次声波传感器，进行泄漏信号的提取并采用负压波法进行泄漏点定位。但是安装压力变送器或次声波传感器需要利用管道原有接口或者在管道上打孔安装，这无形增加了管道运行的安全风险，降低了负压波法及次声波法的使用范围。
发明内容:
为解决现有技术存在的不足，本发明提供一种基于超声波声速的管道泄漏定位方法及装置，其避免了在管道上无损安装压力传感器或次声波传感器，提高了利用超声波传感器进行泄漏检测的可行性和适用性。
为了实现上述功能，本发明采用了如下的技术方案：
一种基于超声波声速的管道泄漏定位方法及装置，包括如下步骤：
步骤一：建立待测流体输送管道超声波声速与管道内部压力之间的数学关系式；
步骤二：在待测流体输送管道首末站安装超声波传感器并采集超声波声速信号；
步骤三：获取泄漏点产生的超声波信号传送至流体输送管道首末站的时间差；
步骤四：采用到达流体输送管道首末站的超声波声速信号拐点的时间差与负压波波速，计算泄漏点的位置；
进一步地，在步骤一中，建立待测流体输送管道超声波声速与管道内部压力之间的数学关系式，超声波声速与管道内部压力之间的数学关系式是：ac＝1447+4×ΔT+(1.6×10-6)·P，
其中，ac是超声波声速信号，ΔT是(T-10℃)，T是管道内部流体温度，P是管道内部压力。
进一步地，在步骤四中，由负压波波速计算公式
Figure BDA0002371150010000021
可知，K为介质体积弹性系数，Pa；ρ为介质的密度，kg/m3；E为管道材质的弹性模量，Pa；D为管道直径，mm；C为与刊约束条件相关的修正系数；e为管壁厚度，mm。负压波波速的计算可根据管道实际的情况进行计算。
进一步地，在步骤四中，基于超声波声速的管道泄漏定位方法及装置，其特征在于，在步骤四中，基于超声波声速的管道泄漏定位公式为：
Figure BDA0002371150010000022
其中，x是泄漏位置距离管道首站的距离，管道首末站超声波波速传感器之间距离为L，到达流体输送管道首末站超声波声速信号拐点的时间差Δt，及根据管道实际情况确定负压波波速a。
本发明的另一方面是提供一种基于超声波声速的管道泄漏定位装置，包括超声波声速信号获取模块及计算模块，其中，
获取模块用于获取超声波声速信号传递时间差；
计算模块用于采用超声波声速的管道泄漏定位方法，计算泄漏点位置。
进一步地，超声波声速信号获取模块包括数据采集单位以及所述数据采集单元相连接的超声波传感器。
进一步地，超声波声速信号获取模块通过小波包分析及互相关分析方法进行信号分析处理以获取超声波声速信号传递到流体输送管道首末站的时间差。
进一步地，计算模块通过超声波声速信号拐点的时间差与负压波波速，计算泄漏点的位置。
本发明的有益效果是：方法简单，易于实现，避免了管道开孔安装压力传感器及次声波传感器，在管道上无损安装超声波传感器，获得更高精度的定位结果，提高了利用超声波传感器进行泄漏检测的可行性。
附图说明:
图1是本发明基于超声波声速的管道泄漏定位方法的步骤示意图；
图2是本发明基于超声波声速的管道泄漏定位装置的结构示意图；
具体实施方式:
下面结合附图及具体实施方式对本发明的应用原理作进一步描述。
如图1所示，本发明提供一种基于超声波声速的管道泄漏定位方法，包括如下步骤：
步骤一S101：建立待测流体输送管道超声波声速与管道内部压力之间的数学关系式；
步骤二S102：在待测流体输送管道首末站安装超声波传感器并采集超声波声速信号；
步骤三S103：获取泄漏点产生的超声波信号传送至流体输送管道首末站的时间差；
步骤四S104：采用到达流体输送管道首末站的超声波声速信号拐点的时间差与负压波波速，计算泄漏点的位置。
如图2所示，本发明提供一种基于超声波声速的管道泄漏定位装置，包括安装在流体输送管道上需要获取数据的端口的超声波声速信号获取模块1，以及与获取模块1相连接的计算模块2。在本实施例中，获取模块1可以有多个，分别按照在流体输送管道上需要获取数据的端口处(如安装在流体输送管道端口A处的获取模块1A，安装在流体输送管道端口B处的获取模块1B)，而超声波声速信号获取模块1主要包括数据采集单元10以及与该采集单元10相连接的超声波传感器11，具体用于采集超声波声速信号。其超声波传感器采用夹持式超声波传感器，测量精度为0.25％。
在本实施例中，数据采集单元通过小波包分析及互相关分析方法对采集的超声波波速信号进行分析处理，获取超声波信号传送至流体输送管道首末站的时间差。
计算模块2可以采用如下公式进行泄漏点定位，
Figure BDA0002371150010000031
其中，x是泄漏位置距离管道首站的距离，管道首末站超声波波速传感器之间距离为L，到达流体输送管道首末站超声波声速信号拐点的时间差Δt，及根据管道实际情况确定负压波波速a。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种基于超声波声速的管道泄漏定位方法及装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：建立待测流体输送管道超声波声速与管道内部压力之间的数学关系式；
步骤二：在待测流体输送管道首末站安装超声波传感器并采集超声波声速信号；
步骤三：获取泄漏点产生的超声波信号传送至流体输送管道首末站的时间差；
步骤四：采用到达流体输送管道首末站的超声波声速信号拐点的时间差与负压波波速，计算泄漏点的位置。
2.如权利要求1所述的基于超声波声速的管道泄漏定位方法及装置，其特征在于，所述仪表包括超声波传感器。
3.如权利要求1所述的基于超声波声速的管道泄漏定位方法及装置，其特征在于，所述建立待测流体输送管道超声波声速与管道内部压力之间的数学关系式，具体采用如下公式：
ac＝1447+4×ΔT+(1.6×10-6)·P
其中，ac是超声波声速信号，ΔT是(T-10℃)，T是管道内部流体温度，P是管道内部压力。
4.如权利要求1-3所述的基于超声波声速的管道泄漏定位方法及装置，其特征在于，在步骤四中，由负压波波速计算公式
Figure FDA0002371148000000011
可知，K为介质体积弹性系数，Pa；ρ为介质的密度，kg/m3；E为管道材质的弹性模量，Pa；D为管道直径，mm；C为与约束条件相关的修正系数；e为管壁厚度，mm。负压波波速的计算可根据管道实际的情况进行计算。
5.如权利要求1-4所述的基于超声波声速的管道泄漏定位方法及装置，其特征在于，在步骤四中，基于超声波声速的管道泄漏定位公式为：
Figure FDA0002371148000000012
其中，x是泄漏位置距离管道首站的距离，管道首末站超声波波速传感器之间距离为L，到达流体输送管道首末站超声波声速信号拐点的时间差Δt，及根据管道实际情况确定负压波波速a。
6.一种基于超声波声速的管道泄漏定位方法及装置，其特征在于，包括超声波声速信号获取模块及计算模块，其中，
所述超声波声速信号获取模块用于获取超声波声速信号传递时间差；
所述计算模块用于采用超声波声速的管道泄漏定位方法，计算泄漏点位置。
7.根据权利要求6所述的基于超声波声速的管道泄漏定位方法及装置，其特征在于，所述超声波声速信号获取模块包括数据采集单位以及所述数据采集单元相连接的超声波传感器。
8.根据权利要求7所述的基于超声波声速的管道泄漏定位方法及装置，其特征在于，所述超声波声速信号获取模块通过小波包分析及互相关分析方法进行信号分析处理以获取超声波声速信号传递到流体输送管道首末站的时间差。
9.根据权利要求8所述的基于超声波声速的管道泄漏定位方法及装置，其特征在于，所述计算模块通过超声波声速信号拐点的时间差与负压波波速，计算泄漏点的位置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113639208A (zh) * 2021-07-16 2021-11-12 汕头大学 一种基于极限逼近的负压波信号拐点定位方法及系统
CN115978460A (zh) * 2022-11-28 2023-04-18 浙江英集动力科技有限公司 融合压力波和高精度授时的供热管道泄漏检测方法及系统

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