CN112797321A - 一种新型的管道连通性检查方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型的管道连通性检查方法，包括：管道系统分类；将检测装置连接管道系统，检测装置包括显控计算机、发射机、接收机和信号传输组件，信号传输组件放置于管道系统内，一端与发射机信号连接，另一端与接收机信号连接，发射机和接收机分别与显控计算机相连；发射机将发射指令转换成电信号，信号传输组件将电信号转换成声信号在管道系统中传输；在声信号传输终端信号传输组件将声信号转换成电信号，接收机采集接收电信号并进行处理，显控计算机对接收机反馈的信息进行计算与显示，判断管道连通或不连通，本发明作业效率高，无需人员进入管道进行巡查，作业安全，作业成本低，无需人员和设备进入管道内部，适应范围广。

Description

一种新型的管道连通性检查方法
技术领域
本发明涉及管道检测技术领域，尤其涉及一种新型的管道连通性检查方法。
背景技术
城市基础建设过程中，在地下铺设了大量的管道，例如：供电管道、供水管道、排污管道和通信管道等。使用过程中，随着时间的积累，存在发生堵塞及因管道破损造成塌方的隐患，为了及时排除隐患或对管道的堵塞部位进行定位，需要对管道的连通性进行检查。
传统的管道连通性检查方法主要包括人工巡查、管道闭路电视检测、管道声呐检测仪和管道潜望镜方式等。人工巡查方式存在劳动强度大、作业效率低、作业环境恶劣及人员安全隐患等缺点，尤其是检查排污管道时，存在较高的人员安全隐患。管道闭路电视和管道声呐检测仪由于其作用距离近，使其必须搭载在巡查载体上，如人员或巡查机器人上，与人工巡查方式存在同样的弊端。同时，搭载在巡查机器人上存在造价昂贵、使用环境受限和作业效率低等缺点。管道潜望镜方式存在作业距离近的缺点，仅适用于检查窨井或观察孔的附近区域。为了解决以上弊端，本发明提出了一种新型的高效的管道连通性检测方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的管道连通性检查方法，在管道一端发射检测声信号，在管道另一端收听检测声信号即可快速完成检测，作业效率高；无需人员进入管道进行巡查，作业安全；作业成本低；只需在管道的两端布放探头，无需人员和设备进入管道内部，适应范围广。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种新型的管道连通性检查方法，包括如下步骤，
S1)管道系统分类：根据管道工况条件将管道系统分为干式分系统或湿式分系统；
S2)连接管道系统：将检测装置连接管道系统，检测装置包括显控计算机、发射机、接收机和信号传输组件，信号传输组件放置于管道系统内，其一端与管道一端外的发射机信号连接，另一端与管道另一端外的接收机信号连接，且发射机和接收机分别与显控计算机相连；
S3)发射信号：显控计算机下达发射声波指令，发射机接收到发射指令，并将发射指令转换成电信号，信号传输组件将电信号转换成声信号在管道系统中传输；
S4)接收信号：在声信号传输终端信号传输组件将声信号转换成电信号，接收机采集接收电信号并进行处理，显控计算机对接收机反馈的信息进行计算与显示，判断管道连通或不连通。
作为进一步的优化，发射信号采用多个频点循环发送，设声信号频率起始点为f1，频率间隔为Δf，可用频点数为M，则在发射端发射信号：
si(t)＝Acos(2π·fi·t),其中:
Figure BDA0002859769570000031
作为进一步的优化，接收信号是发射信号与管道信道系统的卷积，其为：
Figure BDA0002859769570000032
其中，R为两个测量点之间声波传播距离，c为声速，α为信道衰减，n为随机噪声。
作为进一步的优化，S4中声信号进行分段处理，声信号分段时间为Δt，采样率fs，则声信号分段点为N＝fs·Δt；对N点声信号进行傅里叶变换，变换结果为E(k×Δf)，其中Δf为频率采样率，Δf＝Fs/(N-1)；每个周期进行傅里叶变换后，形成一个行向量，连续发送采集，形成连续的行向量，多个行向量排列形成特征矩阵；计算特征矩阵，当其出现特征谱线时，判断管道连通；当不出现特征谱线时，判断管道不连通。
作为进一步的优化，干式分系统适用于没有液体的管道系统，包括供气管道和通信管道。
作为进一步的优化，干式分系统中的信号传输组件包括麦克风和喇叭。
作为进一步的优化，湿式分系统适用于存在液体的管道系统，包括供水管道和排污管道。
作为进一步的优化，湿式分系统中的信号传输组件包括接收换能器和发射换能器。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1.作业效率高：作业时，只需在管道一端发射检测声信号，在管道另一端收听检测声信号即可快速完成检测，声波的传递速度远大于人工或机器人的移动速度，作业效率大大提高。
2.作业安全：采用该系统进行检测，无需人员进入管道进行巡查，解决了人员的安全问题。
3.作业成本低：采用该系统进行监测，无需人员或巡查机器人进入管道，降低了系统的作业成本。
4.适应范围广：采用该系统由于只需在管道的两端布放探头，无需人员和设备进入管道内部，对于管道直径、弯折程度及内部承载介质等都没有限制，解决人员及巡查机器人作业时的环境要求，适应范围广。
附图说明
图1为本发明工作原理图。
图2为本发明干式分系统中的检测装置组成图。
图3为本发明湿式分系统中的检测装置组成图。
图4为本发明特征谱线图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1至3所示，对于湿式分系统，发射换能器和显控计算机分别通过电气接插件与发射机连接，显控计算机下达发射声波指令，发射机接收到发射指令，并将发射指令转换成电信号，发射换能器将接收到的电信号转换成声信号并发射出去，在管道中传播；
在管道系统的另一端，接收换能器和显控计算机分别通过电气接插件与接收机连接，接收换能器接收到管道中的声波后，转换成电信号，接收机采集接收换能器上传的电信号并进行处理，显控计算机对接收机反馈的信息进行计算与显示。
对于干式分系统，需将发射换能器和接收换能器分别用喇叭和麦克风替代即可。
本发明中，信号处理流程包括以下步骤：
1.发射信号：为了提高检测的成功率，降低虚警率和漏警率，采用多个频点循环发送和接收的方式。
设声信号频率起始点为f1，频率间隔为Δf，可用频点数为M，则在发射端发射信号：
Figure BDA0002859769570000051
2.接收信号：当管道连通时，在管道的接收端，进行信号接收，接收信号是发射信号与管道信道系统的卷积，在静止状态下，可理解为发射信号的延时接收、幅度降低、噪声叠加等。即：
Figure BDA0002859769570000052
其中R表示两个测量点之间声波传播距离，c表示声速(例如空气中取340m/s，水中取1500m/s)，α表示信道衰减，n表示随机噪声。
3.信号处理：对声信号进行分段处理，假定声信号分段时间为Δt，(时间长度，单位s)，采样率fs，则声信号分段点为N＝fs·Δt。
对N点声信号进行傅里叶变换，变换结果为E(k×Δf)，其中Δf为频率采样率，Δf＝Fs/(N-1)。
每个周期进行傅里叶变换后，形成一个行向量，连续发送采集，形成连续的行向量，多个行向量排列形成矩阵，即为本系统的特征矩阵D，计算特征矩阵D，当其出现特征谱线时，可判断管道连通；如果不出现特征谱线，则表示管道不连通。
如图4所示，给出了5个频点、2个周期的接收信号特征谱线图，通过该特征谱线图可判定管道连通状态良好。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种新型的管道连通性检查方法，其特征在于，包括如下步骤，
S1)管道系统分类：根据管道工况条件将管道系统分为干式分系统或湿式分系统；
S2)连接管道系统：将检测装置连接管道系统，检测装置包括显控计算机、发射机、接收机和信号传输组件，信号传输组件放置于管道系统内，其一端与管道一端外的发射机信号连接，另一端与管道另一端外的接收机信号连接，且发射机和接收机分别与显控计算机相连；
S3)发射信号：显控计算机下达发射声波指令，发射机接收到发射指令，并将发射指令转换成电信号，信号传输组件将电信号转换成声信号在管道系统中传输；
S4)接收信号：在声信号传输终端信号传输组件将声信号转换成电信号，接收机采集接收电信号并进行处理，显控计算机对接收机反馈的信息进行计算与显示，判断管道连通或不连通。
2.根据权利要求1所述的新型的管道连通性检查方法，其特征在于，发射信号采用多个频点循环发送，设声信号频率起始点为f1，频率间隔为Δf，可用频点数为M，则在发射端发射信号：
si(t)＝Acos(2π·fi·t),其中:
Figure FDA0002859769560000011
3.根据权利要求2所述的新型的管道连通性检查方法，其特征在于，接收信号是发射信号与管道信道系统的卷积，其为：
Figure FDA0002859769560000021
其中，R为两个测量点之间声波传播距离，c为声速，α为信道衰减，n为随机噪声。
4.根据权利要求3所述的新型的管道连通性检查方法，其特征在于，S4中声信号进行分段处理，声信号分段时间为Δt，采样率fs，则声信号分段点为N＝fs·Δt；对N点声信号进行傅里叶变换，变换结果为E(k×Δf)，其中Δf为频率采样率，Δf＝Fs/(N-1)；每个周期进行傅里叶变换后，形成一个行向量，连续发送采集，形成连续的行向量，多个行向量排列形成特征矩阵；计算特征矩阵，当其出现特征谱线时，判断管道连通；当不出现特征谱线时，判断管道不连通。
5.根据权利要求1所述的新型的管道连通性检查方法，其特征在于，干式分系统适用于没有液体的管道系统，包括供气管道和通信管道。
6.根据权利要求5所述的新型的管道连通性检查方法，其特征在于，干式分系统中的信号传输组件包括麦克风和喇叭。
7.根据权利要求1所述的新型的管道连通性检查方法，其特征在于，湿式分系统适用于存在液体的管道系统，包括供水管道和排污管道。
8.根据权利要求7所述的新型的管道连通性检查方法，其特征在于，湿式分系统中的信号传输组件包括接收换能器和发射换能器。
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