CN112728427A - 一种供水管道泄漏检测的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种供水管道泄漏检测的方法，包括以下步骤：在供水管道上以预设间距布设信号采集单元；根据相邻两组信号采集单元采集的测量信号，判断相邻两组信号采集单元之间的供水管道是否发生泄漏。本发明通过多组信号采集单元分组采集供水管道各段是否泄露情况，信号判断方式简单，检测快速、准确，易于推广使用。
Description
技术领域
本发明属于供水管道泄漏检测领域，具体涉及一种供水管道泄漏检测的方法及系统。
背景技术
地下供水管网是保障人民生活和经济建设的必要基础设施，对城市发展具有全局性和先导性影响。供水管道因长年埋地、失修、环境腐蚀等造成的泄漏问题，是当前困扰管道运输业的顽疾。我国城市地下管道多采用金属管材，已进入事故高发阶段；二则，以聚氯乙烯(PVC)和聚乙烯(PE)为主导的塑料管道在补漏、换新时存在着较大的需求空间。然地下管网错综复杂，难以实现泄漏点的检测。因此为维护城市地下管道的安全运行，管道漏损检测尤为重要。
供水管道漏损检测在设备方面需要技术人员携带专业设备，人工初步判断泄漏点位置再布置传感器，检测范围小，操作复杂；对操作人员要求较高，效率低且智能化程度不高。
中国专利申请号201810102327.8公开了一种管道泄漏检测方法，通过分析相邻两组振动传感器采集信号的互功率频谱密度
的幅值
与相位φ(ω)信息，在互功率谱密度的相位谱φ(ω)中，寻找非频散频率段，计算两个相邻数据点对应的导数值的差值，将该差值与阈值δ比较，若出现连续区间[φ′i(ω),φ′i+M(ω)]内相邻的值之间的误差都小于阈值，则选取[iΔω,(i+M)Δω]作为非频散频率段，若找到非频散频率段，则相邻两传感器之间的管道上存在泄漏点。但该方法为了确定非频散频率段需要进行多个数据点比较，程序运行时间长。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种供水管道泄漏检测的方法及系统，结构设计合理，管道泄漏检测快速、准确，易于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种供水管道泄漏检测的方法，包括以下步骤：
S1、在供水管道上以预设间距布设信号采集单元；
S2、根据相邻两组信号采集单元采集的测量信号，判断相邻两组信号采集单元之间的供水管道是否发生泄漏。
进一步地，所述信号采集单元为振动传感器。
更进一步地，所述S2具体为：根据相邻两组振动传感器中第一振动传感器和第二振动传感器采集的测量信号的位移量x0(τ)和x2(τ)、测量信号的角频率f和测量信号的测量时刻值τ，判断相邻两组振动传感器之间的供水管道段是否发生泄漏：
当相邻两组振动传感器之间管道未发生泄漏时，
当相邻两组振动传感器之间管道发生泄漏时，
其中，交叉相关度函数
式中，
α为预设的泄露阈值，X1(f)为x1(τ)的傅里叶变换，X2(f)为x2(τ)的傅里叶变换，X1(f)与X* 1(f)共轭，X2(f)与X* 2(f)共轭，
为第一振动传感器与第二振动传感器的相关度函数；
为第一振动传感器相关度函数；
为第二振动传感器相关度函数。
更进一步地，所述交叉相关度函数
的取值范围为[-1,1]。
更进一步地，所述预设的泄露阈值α为0.3。
一种利用上述的一种供水管道泄漏检测的方法的系统，包括若干信号采集单元、管道泄漏判断单元和显示单元；其中，
所述信号采集单元以预设间距布设在供水管道上，用于采集供水管道的测量信息；
所述管道泄漏判断单元，用于根据相邻两组传感器采集的测量信号，判断相邻两组传感器之间的供水管道是否发生泄漏；
所述显示单元，用于显示判断结果。
进一步地，所述信号采集单元为振动传感器。
更进一步地，所述管道泄漏判断单元的具体工作过程为：根据相邻两组振动传感器中第一振动传感器和第二振动传感器采集的测量信号的位移量x1(τ)和x2(τ)、测量信号的角频率f和测量信号的测量时刻值τ，判断相邻两组振动传感器之间的供水管道段是否发生泄漏：
当相邻两组振动传感器之间管道未发生泄漏时，
当相邻两组振动传感器之间管道发生泄漏时，
其中，交叉相关度函数
式中，
α为预设的泄露阈值，X1(f)为x1(τ)的傅里叶变换，X2(f)为x2(τ)的傅里叶变换，X1(f)与X* 1(f)共轭，X2(f)与X* 2(f)共轭，
为第一振动传感器与第二振动传感器的相关度函数；
为第一振动传感器相关度函数；
为第二振动传感器相关度函数。
更进一步地，所述交叉相关度函数
的取值范围为[-1,1]。
更进一步地，所述预设的泄露阈值α为0.3。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过多组信号采集单元分组采集供水管道各段是否泄露情况，信号判断方式简单，检测快速、准确，易于推广使用。
附图说明
图1为本发明供水管道泄漏检测系统的结构示意图；
图2为本发明供水管道泄漏检测方法的传感器安装示意图；
图3为本发明所做实验的交叉相关度函数实际数据图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明的技术方案为：一种供水管道泄漏检测的方法，包括以下步骤：
S1、在供水管道上以预设间距布设信号采集单元；
S2、根据相邻两组信号采集单元采集的测量信号，判断相邻两组信号采集单元之间的供水管道是否发生泄漏。
进一步地，所述信号采集单元为振动传感器。
更进一步地，所述S2具体为：根据相邻两组振动传感器中第一振动传感器和第二振动传感器采集的测量信号的位移量和、测量信号的角频率和测量信号的测量时刻值，判断相邻两组振动传感器之间的供水管道段是否发生泄漏：
当相邻两组振动传感器之间管道未发生泄漏时，1)当相邻二组振动传感器之间管道未发生泄漏时，
当相邻二组振动传感器之间管道发生泄漏时，
其中：如图3所示，交叉相关度函数
其取值范围在[-1,1]之间；
式中：
f：振动传感器采集信号的角频率，单位为rad/s；τ：振动传感器采集信号的测量时刻值，单位为s；x1(τ)：第一振动传感器的采集信号的位移量，单位为m；x2(τ)：第二振动传感器的采集信号的位移量，单位为m；X1(f)：x1(τ)的傅里叶变换；X2(f)：x2(τ)的傅里叶变换；X* 1(f)：X1(f)与X* 1(f)共轭；X* 2(f)：X2(f)与X* 2(f)共轭；
第一振动传感器与第二振动传感器相关度函数；
第一振动传感器相关度函数；
第二振动传感器相关度函数。
通过现场相关实验，当第一振动传感器与第二振动传感器之间管道未发生泄漏时，
当第一振动传感器与第二振动传感器之间管道发生泄漏时，
式(1)与式(2)中的0.3也可以根据现场情况进行调整，如在管线敷设环境相同的管网中，取一个试验段进行管道模拟泄漏，根据布设在该试验段的供水管道两端的振动传感器的采集信号的位移量x1(t)和x2(t)、振动传感器采集信号的角频率f和振动传感器采集信号的测量时刻值τ，按
得到
的绝对值，以该值替换式(1)与式(2)中的0.3。
如图1所示，本发明一种供水管道泄漏检测系统，包括以预定间距布设在供水管道上的振动传感器、PLC控制器和监控计算机，信号采集单元的信号输出端连接管道泄漏判断单元的信号输入端，管道泄漏判断单元的信号输处端连接显示单元的输入端；
S1)信号采集：PLC控制器实时采集供水管道上各振动传感器信号；
S2)管道泄漏判断：将PLC控制器采集的供水管道上相邻振动传感器中的第一振动传感器信号和第二振动传感器信号，依据式(3)-式(7)通过在PLC内部编程，计算出
然后在PLC内将计算出的
与0.3进行比较。①当依据式(3)～式(7)得出的
满足式(1)时，第一振动传感器与第二振动传感器之间管道未发生泄漏；②当依据式(3)～式(7)得出的
满足式(2)时，第一振动传感器与第二振动传感器之间管道发生泄漏。
本发明通过现场相关实验对理论成果进行了验证，如图1所示，此次试验在第一振动传感器与第二振动传感器之间的试验段管路上安装了一个模拟手阀(模拟泄漏点)，在0,24s将手阀打开模拟泄漏，0.31s再将手阀关闭。实验结果如图3所示(图3中显示的是
与时间的关系，该图说明了在0.25s附近满足式(2)，即该时间段在第一振动传感器与第二振动传感器之间的试验段管路上有泄漏。其余时间段由于关闭了模拟手阀，满足式(1)，即在其余时间段，第一振动传感器与第二振动传感器之间管道未发生泄漏。
Claims (10)
1.一种供水管道泄漏检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在供水管道上以预设间距布设信号采集单元；
S2、根据相邻两组信号采集单元采集的测量信号，判断相邻两组信号采集单元之间的供水管道是否发生泄漏。
2.根据权利要求1所述的一种供水管道泄漏检测的方法，其特征在于，所述信号采集单元为振动传感器。
3.根据权利要求2所述的一种供水管道泄漏检测的方法，其特征在于，所述S2具体为：根据相邻两组振动传感器中第一振动传感器和第二振动传感器采集的测量信号的位移量x1(τ)和x2(τ)、测量信号的角频率f和测量信号的测量时刻值τ，判断相邻两组振动传感器之间的供水管道段是否发生泄漏：
当相邻两组振动传感器之间管道未发生泄漏时，
当相邻两组振动传感器之间管道发生泄漏时，
其中，交叉相关度函数
式中，
α为预设的泄露阈值，X1(f)为x1(τ)的傅里叶变换，X2(f)为x2(τ)的傅里叶变换，X1(f)与X* 1(f)共轭，X2(f)与X* 2(f)共轭，
为第一振动传感器与第二振动传感器的相关度函数；
为第一振动传感器相关度函数；
为第二振动传感器相关度函数。
4.根据权利要求3所述的一种供水管道泄漏检测的方法，其特征在于，所述交叉相关度函数
的取值范围为[-1,1]。
5.根据权利要求3所述的一种供水管道泄漏检测的方法，其特征在于，所述预设的泄露阈值α为0.3。
6.一种利用权利要求1所述的一种供水管道泄漏检测的方法的系统，其特征在于，包括若干信号采集单元、管道泄漏判断单元和显示单元；其中，
所述信号采集单元以预设间距布设在供水管道上，用于采集供水管道的测量信息；
所述管道泄漏判断单元，用于根据相邻两组传感器采集的测量信号，判断相邻两组传感器之间的供水管道是否发生泄漏；
所述显示单元，用于显示判断结果。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述信号采集单元为振动传感器。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述管道泄漏判断单元的具体工作过程为：根据相邻两组振动传感器中第一振动传感器和第二振动传感器采集的测量信号的位移量x1(τ)和x2(τ)、测量信号的角频率f和测量信号的测量时刻值τ，判断相邻两组振动传感器之间的供水管道段是否发生泄漏：
当相邻两组振动传感器之间管道未发生泄漏时，
当相邻两组振动传感器之间管道发生泄漏时，
其中，交叉相关度函数
式中，
α为预设的泄露阈值，X1(f)为x1(τ)的傅里叶变换，X2(f)为x2(τ)的傅里叶变换，X1(f)与X* 1(f)共轭，X2(f)与X* 2(f)共轭，
为第一振动传感器与第二振动传感器的相关度函数；
为第一振动传感器相关度函数；
为第二振动传感器相关度函数。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述交叉相关度函数
的取值范围为[-1,1]。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述预设的泄露阈值α为0.3。
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