CN113790401B - 超长深埋输水隧洞泄漏智能检测定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超长深埋输水隧洞泄漏智能检测定位方法,涉及输水隧洞泄漏检测技术领域。它包括以下步骤:步骤1:将多路光栅阵列传感器网络铺设在光缆沟中,然后接入处理终端;步骤2:当输水隧洞发生泄漏时,对振动信号进行特征提取,检测振动信号突变时刻;步骤3:设置疑似泄漏点筛选区间;步骤4:疑似泄漏区域所对应的光栅阵列传感器的突变时刻应包含于区间Si中;步骤5:将不同路光栅阵列传感器网络的泄漏范围进行对比,判定最终泄漏范围。本发明适用于超长深埋输水隧洞泄漏检测和定位,相比于传统的基于端口振动传感器的管道泄漏检测方法,本发明具有原理简单、实用性强和定位精度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及输水隧洞泄漏检测技术领域,更具体地说它是一种基于预埋式阵列光栅传感器的超长深埋输水隧洞泄漏智能检测定位方法。
背景技术
随着我国经济的高速增长,全社会对水的需求越来越大,然而,我国水资源空间时空极度不均,呈现南多北少、东多西少、夏冬多冬春少的格局;为解决该问题,我国已建、在建或将建多项引调水工程,包括南水北调、引江济淮、引江补汉、滇中引水等大型水利工程;在这些工程中,大量采用超长深埋有压输水隧洞进行输水,具有不易受污染、节约土地等优点;然而,由于各种不可抗力或人为因素的影响,输水隧洞泄漏问题频发,不仅造成大量水资源浪费,还严重威胁输水线的安全;因此,及时发现输水隧洞泄漏信息并准确定位泄漏位置,对保障长距离输水的安全、稳定、高效,减少水资源损失,具有重要意义。
当前,管道泄漏监测相关研究大多集中在城市供水管网以及油气传输管道的泄漏检测,针对长距离深埋有压输水隧洞泄漏监测的相关研究较少;由于此类输水隧洞一般距离较长,泄漏所产生的振动信号在传输过程中衰减较大,当泄漏孔径较小时,泄漏所产生的振动信号较弱;传统的基于端口振动传感器的管道泄漏检测方法在此类输水隧洞泄漏检测上存在检测困难、定位误差大等问题,已无法适用。
因此,研发一种具有检测灵敏、定位精度高等优点的的超长深埋输水隧洞泄漏智能检测定位方法很有必要。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足之处,而提供一种超长深埋输水隧洞泄漏智能检测定位方法。
为了实现上述目的,本发明的技术方案为:
超长深埋输水隧洞泄漏智能检测定位方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:将多路光栅阵列传感器网络铺设在输水隧洞预留的光缆沟中,每路光栅阵列传感器网络沿输水隧洞水流方向顺直敷设,每路光栅阵列传感器网络包括多个光栅阵列传感器;各路光栅阵列传感器网络依次通过接续盒和终端盒接入采集设备,然后接入处理终端;
步骤2:当输水隧洞发生泄漏时,由处理终端获取各光栅阵列传感器检测到的振动信号,当振动信号的振动量达到异常监测启动门槛时,采用S变换对各光栅阵列传感器采集到的振动信号进行特征提取,检测振动信号突变时刻;对各光栅阵列传感器振动信号突变时刻从小到大进行排序,找出突变时刻最小值其中,i表示光栅阵列传感器位于第i路的光栅阵列传感器网络;
步骤3:考虑光栅阵列传感器采集误差和信号处理误差,设置疑似泄漏点筛选区间如下:
式中,Si表示第i路的光栅阵列传感器网络的疑似泄漏点筛选区间;Δt表示区间宽度,其大小需满足以下公式:
d/v≤Δt≤2d/v (公式2)
其中,d表示同一路的光栅阵列传感器网络两相邻光栅阵列传感器的距离;v表示振动信号传播速度,
式中:K表示水的体积弹性模量,单位N/m3;ρ表示水的密度,单位kg/m3;D表示输水隧洞管道内径,单位m;e表示输水隧洞管壁厚度,单位m;E表示输水隧洞管道材料的杨氏弹性模量,单位N/m3;C表示描述输水隧洞管道约束作用对声波传播速度影响的无量纲参数;
步骤4:疑似泄漏区域所对应的光栅阵列传感器的突变时刻应包含于区间Si中,设这些光栅阵列传感器(11)的突变时刻为则存在:
如果所对应的光栅阵列传感器数量为2时,则将这两个光栅阵列传感器之间的隧洞段判定为泄漏范围;
如果所对应的光栅阵列传感器数量大于2时,将突变点时刻排名第一、第二的两个光栅阵列传感器之间所对应的隧洞段判别为第一泄漏范围;将突变点时刻排名第一、第三的两个光栅阵列传感器之间所对应的隧洞段判别为第二泄漏范围;
步骤5:将不同路光栅阵列传感器网络的泄漏范围进行对比,若各路光栅阵列传感器网络的泄漏范围均指向同一段隧洞,各路泄漏范围一致,则直接判定为最终泄露范围;否则采用少数服从多数的原则,将多路光栅阵列传感器网络指向的泄漏范围判定为最终泄漏范围。
在上述是技术方案中,在步骤1中,各光栅阵列传感器等间距敷设。
在上述是技术方案中,还包括步骤6;步骤6:在确定最终泄漏范围后,若确定的最终泄露范围依旧是较大的范围,引入多点定位技术,以最终泄漏范围内的光栅阵列传感器为基准,两两定位作出故障点曲线,基于多个光栅阵列传感器即可作出多条故障曲线,曲线的交叉点即为泄漏点。
在上述是技术方案中,步骤6中,由于测量误差和计算误差的存在,故障曲线若没有相交,则采用多条故障曲线构成的相交区域来确定泄漏点的范围。
本发明与现有技术相比,具有以下优点:
1)本发明适用于超长深埋输水隧洞泄漏检测和定位,相比于传统的基于端口振动传感器的管道泄漏检测方法,本发明具有原理简单、实用性强和定位精度高的优点;
2)本发明通过对突变时刻排序、设定突变时刻筛选区间以及采用第一、第二泄露范围的手段,有效降低光栅阵列传感器由采集误差和信号处理误差带来的泄漏区域错判或漏判的概率。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例的光栅阵列传感器网络敷设剖面示意图。
图3为本发明实施例的泄漏点振动信号传播示意图。
图4为本发明实施例的多点定位基本原理示意图a。
图5为本发明实施例的多点定位基本原理示意图b。
其中,1-光栅阵列传感器网络,11-光栅阵列传感器,12-夹持部件,13-固定支点,2-输水隧洞,31-接续盒,32-终端盒,4-采集设备,5-处理终端,6-传输光缆。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况,但它们并不构成对本发明的限定,仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点变得更加清楚和容易理解。
参阅附图可知:超长深埋输水隧洞泄漏智能检测定位方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:将多路光栅阵列传感器网络1铺设在输水隧洞2预留的光缆沟中,每路光栅阵列传感器网络1沿输水隧洞2水流方向顺直敷设,每路光栅阵列传感器网络1包括多个光栅阵列传感器11;各路光栅阵列传感器网络1依次通过接续盒31和终端盒32接入采集设备4,然后接入处理终端5;
步骤2:当输水隧洞2发生泄漏时,由处理终端5获取各光栅阵列传感器11检测到的振动信号,当振动信号的振动量达到异常监测启动门槛时,采用S变换对各光栅阵列传感器11采集到的振动信号进行特征提取,检测振动信号突变时刻;对各光栅阵列传感器11振动信号突变时刻从小到大进行排序,找出突变时刻最小值其中,i表示光栅阵列传感器11位于第i路的光栅阵列传感器网络1;
步骤3:考虑光栅阵列传感器11采集误差和信号处理误差,设置疑似泄漏点筛选区间如下:
式中,Si表示第i路的光栅阵列传感器网络1的疑似泄漏点筛选区间;Δt表示区间宽度,其大小需满足以下公式:
d/v≤Δt≤2d/v (公式2)
其中,d表示同一路的光栅阵列传感器网络1两相邻光栅阵列传感器11的距离;v表示振动信号传播速度,
式中:K表示水的体积弹性模量,单位N/m3;ρ表示水的密度,单位kg/m3;D表示输水隧洞2管道内径,单位m;e表示输水隧洞2管壁厚度,单位m;E表示输水隧洞2管道材料的杨氏弹性模量,单位N/m3;C表示描述输水隧洞2管道约束作用对声波传播速度影响的无量纲参数;
步骤4:疑似泄漏区域所对应的光栅阵列传感器11的突变时刻应包含于区间Si中,设这些光栅阵列传感器11的突变时刻为则存在:
如果所对应的光栅阵列传感器11数量为2时,则将这两个光栅阵列传感器11之间的隧洞段判定为泄漏范围;
如果所对应的光栅阵列传感器11数量大于2时,将突变点时刻排名第一、第二的两个光栅阵列传感器11之间所对应的隧洞段判别为第一泄漏范围;将突变点时刻排名第一、第三的两个光栅阵列传感器11之间所对应的隧洞段判别为第二泄漏范围;
步骤5:将不同路光栅阵列传感器网络1的泄漏范围进行对比,若各路光栅阵列传感器网络1的泄漏范围均指向同一段隧洞,各路泄漏范围一致,则直接判定为最终泄露范围;否则采用少数服从多数的原则,将多路光栅阵列传感器网络1指向的泄漏范围判定为最终泄漏范围。
在步骤1中,各光栅阵列传感器11等间距敷设。
还包括步骤6;步骤6:在确定最终泄漏范围后,若确定的最终泄露范围依旧是较大的范围,引入多点定位技术,以最终泄漏范围内的光栅阵列传感器11为基准,两两定位作出故障点曲线,基于多个光栅阵列传感器11即可作出多条故障曲线,曲线的交叉点即为泄漏点。
步骤6中,由于测量误差和计算误差的存在,故障曲线若没有相交,则采用多条故障曲线构成的相交区域来确定泄漏点的范围。
实施例
超长深埋输水隧洞泄漏智能检测定位方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:将多路光栅阵列传感器网络1铺设在输水隧洞2预留的光缆沟中,每路光栅阵列传感器网络1沿输水隧洞2水流方向顺直敷设,每路光栅阵列传感器网络1包括多个光栅阵列传感器11,各光栅阵列传感器11等间距敷设;如图1所示,各路光栅阵列传感器网络1依次通过接续盒31和终端盒32接入采集设备4,然后接入处理终端5;各路光栅阵列传感器网络1沿输水隧洞2对称敷设,如图2所示。各光栅阵列传感器11间的纵向距离d以及光栅阵列传感器网络1的路数根据输水隧洞2泄漏检测所需精度确定;
步骤2:当输水隧洞2发生泄漏时,漏口处泄漏声主要通过输水隧洞2和洞内流体向各个方向传播,越靠近泄漏点的光栅阵列传感器11越先检测到振动信号,且振幅越大;如图3所示,各光栅阵列传感器11采集到振动信号的先后顺序如下:第二传感器112→第五传感器115→第一传感器111→第四传感器114→第三传感器113→第六传感器116;由处理终端5获取各光栅阵列传感器11检测到的振动信号,当振动信号的振动量达到异常监测启动门槛时,采用S变换对各光栅阵列传感器11采集到的振动信号进行特征提取,检测振动信号突变时刻;对各光栅阵列传感器11振动信号突变时刻从小到大进行排序,找出突变时刻最小值其中,i表示光栅阵列传感器11位于第i路的光栅阵列传感器网络1;
步骤3:考虑光栅阵列传感器11采集误差和信号处理误差,设置疑似泄漏点筛选区间如下:
式中,Si表示第i路的光栅阵列传感器网络1的疑似泄漏点筛选区间;Δt表示区间宽度,,其值的设定需综合考虑光栅阵列传感器11采集误差和信号处理误差以及光栅阵列传感器11的间距,其大小需满足以下公式:
d/v≤Δt≤2d/v (公式2)
其中,d表示同一路的光栅阵列传感器网络1两相邻光栅阵列传感器11的距离;v表示振动信号传播速度,
式中:K表示水的体积弹性模量,单位N/m3;ρ表示水的密度,单位kg/m3;D表示输水隧洞2管道内径,单位m;e表示输水隧洞2管壁厚度,单位m;E表示输水隧洞2管道材料的杨氏弹性模量,单位N/m3;C表示描述输水隧洞2管道约束作用对声波传播速度影响的无量纲参数;
步骤4:疑似泄漏区域所对应的光栅阵列传感器11的突变时刻应包含于区间Si中,设这些光栅阵列传感器11的突变时刻为则存在:
如果所对应的光栅阵列传感器11数量为2时,则将这两个光栅阵列传感器11之间的隧洞段判定为泄漏范围;
如果所对应的光栅阵列传感器11数量大于2时,将突变点时刻排名第一、第二的两个光栅阵列传感器11之间所对应的隧洞段判别为第一泄漏范围;将突变点时刻排名第一、第三的两个光栅阵列传感器11之间所对应的隧洞段判别为第二泄漏范围;
其中第一泄漏范围为最可能的泄漏点所在范围,检修人员优先检测该部分,在第一泄漏范围内找到泄漏点则不再检测,否则继续检测第二泄露范围;
步骤5:将不同路光栅阵列传感器网络1的泄漏范围进行对比,若各路光栅阵列传感器网络1的泄漏范围均指向同一段隧洞,各路泄漏范围一致,则直接判定为最终泄露范围;否则采用少数服从多数的原则,将多路光栅阵列传感器网络1指向的泄漏范围判定为最终泄漏范围;
还包括步骤6;步骤6:在确定最终泄漏范围后,若确定的最终泄露范围依旧是较大的范围,引入多点定位技术,以最终泄漏范围内的光栅阵列传感器11为基准,两两定位作出故障点曲线,基于多个光栅阵列传感器11即可作出多条故障曲线,曲线的交叉点即为泄漏点;如图4和图5所示,F1、F2、F3表示光栅阵列传感器11,Target表示隧洞渗漏点;以图4为例,泄漏点到F1、F2的距离差|d1-d2|=vΔt为常数,那么可知泄漏点位于以F1和F2为焦点的双曲线上;同理,三个光栅阵列传感器11可作出两条双曲线,如图5所示,两条双曲线的交点即为渗漏点。
步骤6中,由于测量误差和计算误差的存在,故障曲线若没有相交,则采用多条故障曲线构成的相交区域来确定泄漏点的范围。
其它未说明的部分均属于现有技术。
Claims (2)
1.超长深埋输水隧洞泄漏智能检测定位方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:将多路光栅阵列传感器网络(1)铺设在输水隧洞(2)预留的光缆沟中,每路光栅阵列传感器网络(1)沿输水隧洞(2)水流方向顺直敷设,各路光栅阵列传感器网络(1)沿输水隧洞(2)对称敷设,每路光栅阵列传感器网络(1)包括多个光栅阵列传感器(11);各路光栅阵列传感器网络(1)依次通过接续盒(31)和终端盒(32)接入采集设备(4),然后接入处理终端(5);
步骤2:当输水隧洞(2)发生泄漏时,由处理终端(5)获取各光栅阵列传感器(11)检测到的振动信号,当振动信号的振动量达到异常监测启动门槛时,采用S变换对各光栅阵列传感器(11)采集到的振动信号进行特征提取,检测振动信号突变时刻;对各光栅阵列传感器(11)振动信号突变时刻从小到大进行排序,找出突变时刻最小值timin,其中,i表示光栅阵列传感器(11)位于第i路的光栅阵列传感器网络(1);
步骤3:考虑光栅阵列传感器(11)采集误差和信号处理误差,设置疑似泄漏点筛选区间如下:
式中,Si表示第i路的光栅阵列传感器网络(1)的疑似泄漏点筛选区间;Δt表示区间宽度,其大小需满足以下公式:
d/v≤Δt≤2d/v (公式2)
其中,d表示同一路的光栅阵列传感器网络(1)两相邻光栅阵列传感器(11)的距离;v表示振动信号传播速度,
式中:K表示水的体积弹性模量,单位N/m3;ρ表示水的密度,单位kg/m3;D表示输水隧洞(2)管道内径,单位m;e表示输水隧洞(2)管壁厚度,单位m;E表示输水隧洞(2)管道材料的杨氏弹性模量,单位N/m3;C表示描述输水隧洞(2)管道约束作用对声波传播速度影响的无量纲参数;
步骤4:疑似泄漏区域所对应的光栅阵列传感器(11)的突变时刻应包含于区间Si中,设这些光栅阵列传感器(11)的突变时刻为则存在:
如果所对应的光栅阵列传感器(11)数量为2时,则将这两个光栅阵列传感器(11)之间的隧洞段判定为泄漏范围;
如果所对应的光栅阵列传感器(11)数量大于2时,将突变点时刻排名第一、第二的两个光栅阵列传感器(11)之间所对应的隧洞段判别为第一泄漏范围;将突变点时刻排名第一、第三的两个光栅阵列传感器(11)之间所对应的隧洞段判别为第二泄漏范围;
步骤5:将不同路光栅阵列传感器网络(1)的泄漏范围进行对比,若各路光栅阵列传感器网络(1)的泄漏范围均指向同一段隧洞,各路泄漏范围一致,则直接判定为最终泄露范围;否则采用少数服从多数的原则,将多路光栅阵列传感器网络(1)指向的泄漏范围判定为最终泄漏范围;
还包括步骤6;
在确定最终泄漏范围后,若确定的最终泄露范围依旧是较大的范围,引入多点定位技术,以最终泄漏范围内的光栅阵列传感器(11)为基准,两两定位作出故障点曲线,基于多个光栅阵列传感器(11)即可作出多条故障曲线,曲线的交叉点即为泄漏点;F1、F2、F3表示光栅阵列传感器(11),Target表示隧洞渗漏点;泄漏点到F1、F2的距离差|d1-d2|=vΔt为常数,那么可知泄漏点位于以F1和F2为焦点的双曲线上;同理,三个光栅阵列传感器(11)可作出两条双曲线,两条双曲线的交点即为渗漏点;
步骤6中,由于测量误差和计算误差的存在,故障曲线若没有相交,则采用多条故障曲线构成的相交区域来确定泄漏点的范围。
2.根据权利要求1所述的超长深埋输水隧洞泄漏智能检测定位方法,其特征在于,在步骤1中,各光栅阵列传感器(11)等间距敷设。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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