CN115577736B - 一种燃气泄漏评估系统及泄漏评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃气泄漏评估系统及泄漏评估方法，解决不能直接从管道内部进行泄露评估的技术问题。包括：射频信号发生器，用于根据频率发生数据形成确定频段和带宽的射频信号通过发射馈线连接发射天线进行发射；射频信号接收器，用于通过接收馈线连接的接收天线进行射频反射信号接收，形成射频信号反射数据；收发天线布设框架，用于在燃气管道中形成发射天线和接收天线的布设结构；无线通信模块，用于通过无线通信公网与信号处理终端建立无线数据链路，同时提供有线数据连接端口；信号处理终端，用于根据预置评估策略形成频率发生数据，通过频谱分析处理射频信号反射数据，定位泄漏位置。根据波导等效实现对燃气管道内部缺陷的反射信号监测。

Description

一种燃气泄漏评估系统及泄漏评估方法

技术领域

本发明涉及燃气泄露检测技术领域，具体涉及一种燃气泄漏评估系统及泄漏评估方法。

背景技术

现有技术中，燃气管道发生泄漏的主要原因是由于管道受外界电化学反应造成管道侵蚀或管道敷设环境存在缓慢变化使管道局部应力聚集形成的管道破损。现有技术中，主要是通过对破损位置的燃气泄漏进行成分和浓度检测以确定泄漏位置。但受管道埋设的土壤构造和燃气泄漏量影响，往往不能获得准确的泄漏位置，在可能的泄漏区域断气进行必要的土方作业施工，开挖成本和复原成本，以及对经济效益和社会效益的影响较大。

现有技术中，用于远距离传输的中低压和中高压的燃气干线管道主要采用内壁镀锌钢管构成。根据电磁学理论和高频有线通信领域的技术实践，燃气管道的构型和材质可以视作通信领域中射频电磁波的一种传输结构-波导，可以约束射频信号在波导内部接近无损传播。在波导内传播的射频信号可以简单理解为在波导中以漫反射方式向前传播。基于雷达探测技术原理，可以对碰撞金属物体的射频反射信号进行识别。

发明内容

鉴于上述问题，本发明实施例提供一种燃气泄漏评估系统及泄漏评估方法，解决现有泄露检测不能直接从管道内部进行泄露评估的技术问题。

本发明实施例的燃气泄漏评估系统，包括接收天线和发射天线，还包括：

射频信号发生器，用于根据频率发生数据形成确定频段和带宽的射频信号通过发射馈线连接发射天线进行发射；

射频信号接收器，用于通过接收馈线连接的接收天线进行射频反射信号接收，形成射频信号反射数据；

收发天线布设框架，用于在燃气管道中形成发射天线和接收天线的布设结构；

无线通信模块，用于通过无线通信公网与信号处理终端建立无线数据链路，同时提供有线数据连接端口分别连接射频信号发生器和射频信号接收器；

信号处理终端，用于根据预置评估策略形成频率发生数据，通过频谱分析处理射频信号反射数据，定位泄漏位置评估泄漏程度。

本发明一实施例中，所述收发天线布设框架，还用于提供操纵机构，受控调整发射天线轴向；

所述信号处理终端，还用于根据控制策略形成控制数据控制确定发射天线操纵机构调整发射天线轴向。

本发明一实施例中，所述收发天线布设框架包括：

接收天线固定框，用于在接收天线最大口径处固定接收天线；

发射天线固定框，用于在发射天线最大口径处固定接收天线；

轴向调节组件，用于对发射天线固定框铰接支撑，受控调节发射天线轴向；

整体支撑框，用于提供接收天线固定框和轴向调节组件的固定基准，并与燃气管道上的法兰连接结构固定。

本发明一实施例中，在燃气管道内，所述发射天线、所述接收天线与燃气管道轴向平行，以燃气流向为前方，发射天线和接收天线前后设置，接收天线位于发射天线后方，发射天线和接收天线同口径。

本发明一实施例中，在燃气管道内，所述发射天线和所述接收天线共轴线且与燃气管道轴向平行，以燃气流向为前方，发射天线和接收天线前后设置，接收天线位于发射天线后方，发射天线口径小于接收天线同口径。

本发明一实施例中，所述法兰连接结构包括一个贯穿圆管、一个上配合圆环、一个下配合圆环和一个过孔顶盖，上配合圆环沿一个直径方向形成与燃气管道相似的曲面，曲面的曲率略大于燃气管道的曲率；上配合圆环内圈共轴固定在贯穿圆管的靠近顶部位置；贯穿圆管穿过燃气管道侧壁通孔伸入燃气管道，通过密封垫或密封胶与燃气管道侧壁和侧壁通孔密封固定；下配合圆环内圈与贯穿圆管外壁形成螺纹连接且与燃气管道侧壁紧密固定；过孔顶盖为一圆台，圆台底部开设与贯穿圆管外径相同的配合盲孔，在配合盲孔顶部中心开设过线通孔，配合盲孔与贯穿圆管的顶部通过螺纹连接紧密固定；贯穿圆管内部平行设置环形凸起，一部分环形凸起间形成线缆缓冲容纳空间，另一部分环形凸起间在线缆通过后灌注密封胶体进行密封，贯穿圆管的底部与收发天线布设框架固定连接。

本发明一实施例中，所述发射天线固定框为一圆环，固定在发射天线的主反射面边缘，接收天线固定框为一圆环，固定在接收天线的主反射面边缘；接收天线固定框固定在整体支撑框上，；还包括四个平行的轴向调节组件，轴向调节组件整体为柱状，一端为铰接端，一端为驱动端；在发射天线固定框的外周上均匀间隔设置四个铰接位置，与轴向调节组件的铰接端通过铰接部件形成铰接结构支撑发射天线，轴向调节组件的驱动端穿过接收天线主反射面，位于接收天线后方，轴向调节组件在接收天线前后分别与整体支撑框固定；在接收天线后部设置固定在发射天线固定框上的刚性整流罩，轴向调节组件的驱动端位于刚性整流罩内。

本发明一实施例中，所述轴向调节组件包括伺服电机、支撑圆管、步进圆管、步进轴承和牵引杆，伺服电机的输出轴与支撑圆管共轴线，支撑圆管的电机近端与伺服电机输出轴外周的电机壳体固定，伺服电机输出轴的输出端位于支撑圆管腔内；支撑圆管的外壁与整体支撑框多点位固定连接；步进圆管与支撑圆管共轴线且容纳在支撑圆管中，步进圆管的外壁与支撑圆管的内壁光滑接触，伺服电机的输出轴与步进圆管的电机近端固定连接；步进轴承与步进圆管共轴线，步进圆管的内壁和步进轴承的外圈侧壁通过设置适配螺纹形成螺纹连接；牵引杆与步进轴承共轴线，牵引杆从电机近端向电机远端延伸的一段定长本体形成步进距离部分，步进距离部分的牵引杆直径小于步进圆管的内径，步进距离部分之外的牵引杆外壁与支撑圆管的内壁光滑接触；牵引杆外壁上设置轴向的导向槽，支撑圆管的内壁上设置定位凸起容纳在导向槽中；牵引杆的电机近端固定在步进轴承的内圈端面上；牵引杆的电机远端设置铰接部件作为铰接端，与发射天线固定框铰接位置的铰接部件形成铰接连接结构。伺服电机作为轴向调节组件的驱动端；步进轴承在步进圆管中的移动长度与牵引杆伸出支撑圆管的长度相应；步进轴承外圈随步进圆管转动在步进圆管中移动，带动牵引杆沿轴向移动。

本发明实施例的燃气泄漏评估方法，利用上述的燃气泄漏评估系统，其特征在于，包括：

信号处理终端确定建立数据链路的分布式监测端，根据预置评估策略针对分布式监测端的射频发射信号进行数据初始化，形成初始频率发生数据集合，并向分布式监测端同步分发；

分布式监测端中的射频信号发生器接收对应初始频率发生数据形成相应射频信号，通过发射天线发射；

接收天线同步接收射频反射信号，射频信号接收器根据反射时序对射频反射的能量分量信号进行时域和频域处理量化信号物理特征，形成射频信号反射数据，并向信号处理终端反馈；

信号处理终端根据泄露检测策略对射频信号反射数据进行处理，根据反射信号能量分布的物理特征确定波导内反射源距离和反射源尺寸，形成波导反射背景数据；

信号处理终端定期以初始频率发生数据控制分布式监测端形成相应射频信号发射，同时接收对应射频反射信号形成的定期射频信号反射数据；

信号处理终端根据泄露检测策略对定期射频信号反射数据进行处理形成波导反射定期数据，根据波导反射背景数据与波导反射定期数据比较确定反射源变化，根据波导反射定期数据间比较确定反射源变化趋势。

本发明一实施例中，还包括：

当根据反射源变化或/和反射源变化趋势评估燃气管道出现明确结构缺陷时，信号处理终端根据控制策略形成轴向调节组件中伺服电机的驱动数据，驱动伺服电机协调运行，调整发射天线轴向规律变化，形成附加射频信号反射数据；

信号处理终端根据附加射频信号反射数据确定波导内反射源的具体位置评估。

本发明实施例的燃气泄漏评估系统及泄漏评估方法利用燃气管道形成射频信号传输的圆形波导，利用射频信号在波导近乎无损传播环境中的反射规律形成对内部缺陷的反射信号监测。圆形波导中的局部阻碍(例如阀门)或局部缺陷(例如腐蚀缝隙)都会形成射频信号的能量反射。利用射频信号传播对波导缺陷的敏感特点形成泄漏评估的数据采集基础。利用较小功率能量射频信号形成的检测信号可以在燃气管道保持较远的传输距离，保证泄漏监测距离和泄漏评估成本的均衡。在阀门类型可用的基础上，实现燃气泄漏监测的跨闸门应用。

附图说明

图1所示为本发明一实施例燃气泄漏评估系统的架构示意图。

图2所示为本发明一实施例燃气泄漏评估系统结构的的主视剖视示意图。

图3所示为本发明一实施例燃气泄漏评估系统的收发天线布设框架中天线装配结构的侧视示意图。

图4所示为本发明一实施例燃气泄漏评估系统的收发天线布设框架中轴向调节组件的结构示意图。

图5所示为本发明一实施例燃气泄漏评估方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一实施例燃气泄漏评估系统如图1所示。在图1中，本发明实施例包括：

射频信号发生器100，用于根据频率发生数据形成确定频段和带宽的射频信号通过发射馈线连接发射天线进行发射。

射频信号发生器可以采用微波通信领域通用的多通道相参信号源、微波通信系统系统的室外高频单元、微波源或微波信号发生器、磁控管等受控可调的微波射频信号生成设备。射频信号发生器可以根据频率发生数据调制微波射频信号的功率、频段和带宽以及调制方式等基本参数。射频信号发生器的微波射频信号输出通道端口可以通过软波导与发射天线的连接端口电连接形成微波射频信号的定向传输。对于微波通信领域惯常采用的线缆接口和阻抗的适配连接技术本实施例不做详细描述。针对燃气管道内可能出现的微小尺寸缺陷、为了获得较好的分辨精度，需要时射频信号的波长接近缺陷尺寸以产生和干涉反射，因此考虑的射频信号频段在15GHz-21GHz。

射频信号接收器200，用于通过接收馈线连接的接收天线进行射频反射信号接收，形成射频信号反射数据。

射频信号接收器可以采用微波通信领域通用的频谱分析仪、测量接收机、相噪分析仪及VCO测试仪、网络分析仪或数字示波器等微波射频信号采集分析设备。对于微波通信领域惯常采用的线缆接口和阻抗的适配连接技术本实施例不做详细描述。射频信号接收器通过软波导与接收天线的连接端口电连接接收射频信号，并进行微波射频信号的采样，形成波形、振幅、频谱、带宽、时域反射等描述维度的射频信号反射接收数据。

收发天线布设框架300，用于在燃气管道中形成发射天线和接收天线的布设结构。

发射天线用于设置在燃气管道中进行射频信号的发射。接收天线用于设置在燃气管道中进行射频反射信号的接收。

发射天线和接收天线可以采用卡塞格伦天线或抛物面天线设置在燃气管道中，通过天线构型和布设结构保证燃气管道中燃气流动的贯通。

无线通信模块400，用于通过无线通信公网与信号处理终端建立无线数据链路，同时提供有线数据连接端口分别连接射频信号发生器和射频信号接收器。

无线通信模块采用与无线通信公网适配的通信模块，例如4G/5G无线通信模块或提供有线通信端口的无线通信终端。也可以根据所处环境环境，采用WIFI、物联网等无线通信模块或无线通信终端。无线通信模块或无线通信终端提供通用有线连接端口，与本地设备分别连接，形成本地设备与远端信号处理终端的单向或双向的数据连接。

信号处理终端500，用于根据预置评估策略形成频率发生数据，通过频谱分析处理射频信号反射数据，定位泄漏位置评估泄漏程度。

泄露检测策略基于雷达扫描目标反射的基本判断策略。在燃气管道形成的圆形波导环境中，发射天线发射的射频信号可以保持均匀的信号特征传播。任何金属阻碍和金属缝隙都会形成射频信号的干涉反射信号或直接反射信号，通过将捕捉的反射信号通过频谱分析进行量化可以获得反射距离、位置和强度的基本描述维度，进而可以对反射源尺寸进行估算。

本发明实施例的燃气泄漏评估系统，利用燃气管道形成射频信号传输的圆形波导，利用射频信号在波导近乎无损传播环境中的反射规律形成对内部缺陷的反射信号监测。圆形波导中的局部阻碍(例如阀门)或局部缺陷(例如腐蚀缝隙)都会形成射频信号的能量反射。利用射频信号传播对波导缺陷的敏感特点形成泄漏评估的数据采集基础。射频信号能量在理想的圆形波导中传播损耗可以忽略不计，因此利用较小功率能量射频信号形成的检测信号可以在燃气管道保持较远的传输距离，保证泄漏监测距离和泄漏评估成本的均衡。阀门作为侵入波导的固定安装设备，会对波导环境产生影响，但作为射频信号的固定反射位置具有确定的反射特征，其反射信号可以通过频谱分析过程滤波识别。考虑到中高压和中低压管道传输中段的阀门类型以及燃气正常供应下不会中断，射频信号可以利用燃气传输通道进一步向前传播，并利用燃气传输通道作为反射途径。这就使得在阀门类型可用的基础上，实现燃气泄漏监测的跨闸门应用。燃气管道对电磁信号的向外辐射起屏蔽作用，因此作为内部监测使用射频频段资源不受现有无线电资源管理排斥，同时利用燃气管道的波导特征射频信号强度较小，也不会在波导出现缺陷导致电磁泄露时造成周边的信号干扰。

利用本发明实施例的燃气泄漏评估系统中的信号处理终端作为集中控制处理端。以类型不可用的调节阀门作为燃气泄漏监测区段的分界(类型可用的调节阀门不构成分界)，在各监测区段中利用本发明实施例的燃气泄漏评估系统中的独立布设的发射、接收天线、射频信号发生器、射频信号接收器和无线通信模块形成分布式监测端。

集中控制处理端和分布式监测端形成燃气泄漏监测的日常监测数据采集和泄漏位置及泄露程度评估。日常的监测数据采集可以形成正常情况下燃气泄漏监测区段对应的圆形波导内的射频信号反射数据，获得圆形波导基本的反射特征作为燃气泄漏背景数据。当出现与燃气泄漏背景数据的数据差异时可以准确地识别缺陷属性，例如位置和尺寸等。本发明实施例的燃气泄漏评估系统从燃气管道内部形成燃气泄漏监测和评估，相比较于外部监测具有更好的测量精度和更低的泄露定位成本。与外部监测相结合可以提高监测水平和评估准确度。

分布式监测端可以根据需要进行布设。例如选取间隔燃气泄漏监测区段或连续燃气泄漏监测区段。通过分布式监测端布设可以形成对重点区段的燃气泄漏内外监测，提高燃气泄漏重点地区的评估效果。同时可以降低分布式监测端的采购成本。

信号处理终端可以采用云端计算资源和存储资源，提升燃气泄漏评估过程中的数据处理效率和数据存储安全。

在本发明一实施例中，信号处理终端500，还用于根据控制策略形成控制数据控制确定发射天线操纵机构调整发射天线轴向。

收发天线布设框架300，还用于提供操纵机构，受控调整发射天线轴向。

通过调整发射天线轴向使得圆形波导中射频信号传播距离上的波导缺陷和障碍物的反射强度发生改变，以获得更多射频信号的反射差异特征，以提高信号分析能力。

在实际应用中，本发明实施例的燃气泄漏评估系统的主要组成部分设置在燃气管道外，而固定在燃气管道内的收发天线尽量利用射频信号在波导内均匀传播的特点，采用小口径碟形或抛物面微波天线提高信号接收增益，避免对燃气输送造成影响。天线的最大反射面可以考虑选择栅格结构或局部的碟形或抛物面结构，以取得天线尺寸和接收增益间的平衡。

天线布设框架提供对微波天线、连接微波天线的软波导和操纵机构信号线与电源线的敷设和固定。天线布设框架采用非金属玻璃钢等不导电材料，避免引起对反射射频信号的干扰。通常情况下，天线布设框架是在敷设新的燃气管道或替换旧有燃气管道时布设在管道中。也可以根据管道检修或维护项目的具体实施过程，进行管道改造。管道提供与天线布设框架固定的法兰连接构件，法兰连接构件提供软波导或操纵机构连接的线缆的可密封通道，保证线缆穿过时的管道密封。

在本发明一实施例中，为了减小对燃气流动介质的影响，在燃气管道内，发射天线和接收天线轴向平行，以燃气流向为前方，发射天线和接收天线前后设置，接收天线位于发射天线后方，发射天线和接收天线同口径。采用这种天线布设结构，首先有利于接收天线对射频反射信号的接收，避免发射天线发射的射频信号直接被接收天线接受形成较强的干扰信号；其次较小口径的微波天线错位设置可以避免在同一管道断面上形成较大的遮挡，可以有效减小对燃气输送的影响。燃气管道形成的圆形波导对射频信号传播损耗很低，因此针对厘米级波导缺陷进行泄漏监测时，在采用的15-21GHz频段的射频信号时，可以根据射频信号接收灵敏度和监测距离选用口径10至30厘米的微波天线。

在本发明一实施例中，为了减小对燃气流动介质的影响，在燃气管道内，发射天线和接收天线共轴线且与燃气管道轴向平行(或三者共轴线)，以燃气流向为前方，发射天线和接收天线前后设置，接收天线位于发射天线后方，发射天线口径小于接收天线同口径。采用这种天线布设结构，首先有利于减小对燃气输送的影响，发射天线位于接收天线在燃气流向方向的投影轮廓内，对燃气输送产生影响较小。对于微波系统本领域技术人员可以理解，射频信号的发射功率、接收灵敏度、发射天线增益和接收天线增益共同构成系统增益。通过调整射频信号的发射强度和维持接收天线的口径，可以有效减小发射天线的口径。

本发明一实施例燃气泄漏评估系统的收发天线布设框架如图2所示。在图2中，收发天线布设框架300包括：

接收天线固定框310，用于在接收天线301最大口径处固定接收天线。这种固定位置是针对具有反射面的射频天线。

发射天线固定框320，用于在发射天线302最大口径处固定接收天线。这种固定位置是针对具有反射面的射频天线。

轴向调节组件330，用于对发射天线固定框铰接支撑，受控调节发射天线轴向。作为发射天线操纵机构至少包括独立操控的一个或协同操控的几个。

整体支撑框340，用于提供接收天线固定框和轴向调节组件的固定基准，并与燃气管道上的法兰连接结构350固定。附图中仅给出固定主要部件的结构示意。

法兰连接结构350，用于与燃气管道侧壁固定，形成贯穿燃气管道侧壁的可密封线缆通道。

接收天线设置在发射天线的的后方，发射天线口径小于接收天线的口径，发射天线和接收天线初始状态保持共轴线。收发天线布设框架采用不导电的玻璃钢材料形成。法兰连接结构与整体支撑框间的配合连接位置可以通过法兰连接或适配连接件连接固定形成稳固整体。

本发明实施例的燃气泄漏评估系统通过收发天线布设框架形成接收天线和发送天线的稳定装配结构，并通过法兰连接与管道侧壁形成可靠固定，保证燃气管道进行燃气输送时的天线稳定性。同时利用轴向调节组件实现对发射天线轴向进行微调的技术手段，以获取同一反射源的相关射频反射信号，增加频谱分析时反射信号关联信息和信息差异的表达，提高处理分析的准确性。

如图2所示，在本发明一实施例中，法兰连接结构350包括一个贯穿圆管351、一个上配合圆环352、一个下配合圆环353和一个过孔顶盖354，上配合圆环352沿一个直径方向形成与燃气管道相似的曲面，曲面的曲率略大于燃气管道的曲率，使得曲面高点与燃气管道表面可以形成空隙；上配合圆环352通过内圈共轴固定在贯穿圆管351的靠近顶部位置；贯穿圆管351穿过燃气管道侧壁通孔359，通过密封垫或密封胶与燃气管道侧壁和孔壁密封固定；下配合圆环353内圈与贯穿圆管351外壁形成螺纹连接，通过螺纹紧密连接使得贯穿圆管351向内移动迫使上配合圆环352曲面变形，在上配合圆环352、贯穿圆管351与下配合圆环353间形成持久的相持力矩，保证法兰连接结构与燃气管道的密封结合效果。过孔顶盖354为一圆台，圆台底部开设与贯穿圆管351外径相同的配合盲孔，在配合盲孔顶部中心开设过线通孔356，配合盲孔与贯穿圆管351的顶部通过螺纹连接紧密固定。贯穿圆管351的底部与收发天线布设框架300固定连接。

如图2所示，在本发明一实施例中，贯穿圆管351内部设置平行的环形凸起355，一部分环形凸起间形成线缆缓冲容纳空间，另一部分环形凸起间在线缆通过后灌注密封胶体进行密封。

本发明一实施例燃气泄漏评估系统的收发天线布设框架中天线装配结构如图3所示。结合图2和图3所示，发射天线固定框320为一圆环，固定在发射天线302的主反射面(抛物面)边缘，接收天线固定框310为一圆环，固定在接收天线301的主反射面(抛物面)边缘；接收天线固定框310固定在整体支撑框340上，发射天线302位于接收天线301前方共轴设置；通过天线选型，可以进一步抑制发射天线的旁瓣辐射，根据射频信号频段和带宽结合接收天河发射天线辐射方向性特征可以进一步抑制旁瓣辐射对信号接收的干扰。

还包括四个平行的轴向调节组件330，轴向调节组件330整体为柱状，一端为铰接端，一端为驱动端；在发射天线固定框320的外周上均匀设置四个铰接位置(45°、135°、225°、315°)安装铰接部件；轴向调节组件330的铰接端与发射天线固定框320的铰接位置通过铰接部件形成固定转向的铰接结构，轴向调节组件330的驱动端穿过接收天线主反射面，位于接收天线后方，轴向调节组件330在接收天线前后分别与整体支撑框340固定；

在接收天线后部设置固定在发射天线固定框320上的刚性整流罩360，轴向调节组件330的驱动端位于刚性整流罩360内；

实际应用中，铰接结构使得轴向调节组件330可以在铰接位置带动发射天线固定框转动。轴向调节组件330间的协调进动形成对发射天线的轴向调整。铰接连接结构和轴向调节组件的构成部件主要采用不导电的玻璃钢材料制成。轴向调节组件330在接收天线主反射面前方部分不具有导电性，不影响接收天线的射频信号接收。轴向调节组件330穿过接收天线主反射面形成的通孔，等效于栅格天线中的栅格，对天线的接收灵敏度有有限影响。

本发明一实施例燃气泄漏评估系统的轴向调节组件如图4所示。在图4中，轴向调节组件包括伺服电机331、支撑圆管332、步进圆管333、步进轴承334和牵引杆335，伺服电机331的输出轴与支撑圆管332共轴线，支撑圆管332的电机近端与伺服电机331输出轴外周的电机壳体固定，伺服电机331输出轴的输出端位于支撑圆管332腔内；支撑圆管332的外壁与整体支撑框340多点位固定连接；步进圆管333与支撑圆管332共轴线且容纳在支撑圆管332中，步进圆管333的外壁与支撑圆管332的内壁光滑接触，伺服电机331的输出轴与步进圆管333的电机近端固定连接；步进轴承334与步进圆管333共轴线，步进圆管332的内壁和步进轴承334的外圈侧壁通过设置适配螺纹形成螺纹连接；牵引杆335与步进轴承334共轴线，牵引杆335从电机近端向电机远端延伸的一段定长本体形成步进距离部分，步进距离部分的牵引杆335直径小于步进圆管333的内径，步进距离部分之外的牵引杆335外壁与支撑圆管332的内壁光滑接触；与支撑圆管332的内壁光滑接触的牵引杆335外壁上设置轴向的导向槽，支撑圆管332的内壁上设置定位凸起容纳在导向槽中；牵引杆335的电机近端固定在步进轴承334的内圈端面上；牵引杆335的电机远端设置铰接部件作为铰接端，与发射天线固定框320铰接位置的铰接部件形成铰接连接结构。伺服电机331作为轴向调节组件的驱动端；步进轴承在步进圆管332中的移动长度与牵引杆335伸出支撑圆管332的长度相应。步进轴承334外圈随步进圆管332转动在步进圆管332中移动，带动牵引杆335沿轴向移动。

实际应用中，步进轴承334采用塑料轴承，伺服电机331位于接收天线后方，都不会对射频反射信号的接收造成干扰。通过天线选型，可以

本发明一实施例燃气泄漏评估方法如图5所示。在图5中，利用上述实施例的燃气泄漏评估系统形成燃气泄漏评估过程，包括：

步骤10：信号处理终端确定建立数据链路的分布式监测端，根据预置评估策略针对分布式监测端的射频发射信号进行数据初始化，形成初始频率发生数据集合，并向分布式监测端同步分发。

预置评估策略包括利用射频信号进行燃气泄漏评估的时序性监测程序。每个分布式监测端包括无线通信模块、射频信号发生器、射频信号接收器、发射天线、接收天线和收发天线布设框架。数据初始化包括但不限于射频信号在主频段、中心频点、带宽、调制方式和信号强度等物理特征的参数配置

步骤20：分布式监测端中的射频信号发生器接收对应初始频率发生数据形成相应射频信号，通过发射天线发射。

发射天线发射的射频信号在圆形波导中以确定能量分布密度传播，在天线发射参数稳定的前提下，射频信号稳定传播。

步骤30：接收天线同步接收射频反射信号，射频信号接收器根据反射时序对射频反射的能量分量信号进行时域和频域处理量化信号物理特征，形成射频信号反射数据，并向信号处理终端反馈。

圆形波导中障碍物会形成射频信号直接反射，而结构缺陷由于尺寸较小与射频波长接近会形成干涉反射，干涉反射信号特征与直接反射在反射能量、频谱、时延和频移等信号特征上存在能量差异，可以通过射频信号接收器采集识别和记录。

步骤40：信号处理终端根据泄露检测策略对射频信号反射数据进行处理，根据反射信号能量分布的物理特征确定波导内反射源距离和反射源尺寸，形成波导反射背景数据。

泄露检测策略包括射频信号频谱分析规律、分析步骤和信号过滤规则，采用雷达反射信号识别的基础技术手段，对反射信号的时域和频域信号能量谱系进行合理评估形成反射源距离和反射源尺寸。初始的射频信号反射数据形成圆形波导的基本反射源分布的背景信息。

步骤50：信号处理终端定期以初始频率发生数据控制分布式监测端形成相应射频信号发射，同时接收对应射频反射信号形成的定期射频信号反射数据。

通过射频信号发射-射频反射信号处理形成的周期性定期射频信号反射数据获得对燃气管道的潜在缺陷状态的采集。

步骤60：信号处理终端根据泄露检测策略对定期射频信号反射数据进行处理形成波导反射定期数据，根据波导反射背景数据与波导反射定期数据比较确定反射源变化，根据波导反射定期数据间比较确定反射源变化趋势。

通过对不同时期波导反射数据的比较显示潜在燃气管道的结构缺陷的形成和发展过程，进而针对燃气管道内部的泄露点做出独立的燃气泄漏评估。泄露点位的估算尺寸与燃气流速可以作为燃气泄漏评估的量化基础。

如图5所示，在本发明一实施例中，还包括：

步骤70：当根据反射源变化或/和反射源变化趋势评估燃气管道出现明确结构缺陷(腐蚀缝隙)时，信号处理终端根据控制策略形成轴向调节组件中伺服电机的驱动数据，驱动伺服电机协调运行，调整发射天线轴向规律变化，形成附加射频信号反射数据。

发射天线轴向指向角度的规律变化会使圆形波导中能量分布密度发生确定变化，导致明确结构缺陷形成的干涉反射强度变化，通过发射天线轴向指向角度差异变化导致同一距离反射源的干涉反射强度变化。控制策略可以采用设定步进周期，逐步完整一个圆周的指向步进变化。

步骤80：信号处理终端根据附加射频信号反射数据确定波导内反射源的具体位置评估。

根据发射天线轴向指向角度差异形成的干涉反射强度变化，信号处理终端可以根据发射天线轴向指向的变化带来的强度变化确定反射源在圆形断面上的具体角度，确定反射源具体位置。

信号处理终端可以采用DSP(Digital Signal Processor)数字信号处理器、FPGA(Field-Programmable Gate Array)现场可编程门阵列、MCU(Microcontroller Unit)系统板、SoC(system on a chip)系统板或包括I/O的PLC(Programmable Logic Controller)最小系统，以及云端计算资源。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种燃气泄漏评估系统，包括接收天线和发射天线，其特征在于，还包括：

射频信号发生器，用于根据频率发生数据形成确定频段和带宽的射频信号通过发射馈线连接发射天线进行发射；

射频信号接收器，用于通过接收馈线连接的接收天线进行射频反射信号接收，形成射频信号反射数据；

收发天线布设框架，用于在燃气管道中形成发射天线和接收天线的布设结构；

无线通信模块，用于通过无线通信公网与信号处理终端建立无线数据链路，同时提供有线数据连接端口分别连接射频信号发生器和射频信号接收器；

信号处理终端，用于根据预置评估策略形成频率发生数据，通过频谱分析处理射频信号反射数据，定位泄漏位置评估泄漏程度；

所述收发天线布设框架，还用于提供操纵机构，受控调整发射天线轴向；

所述信号处理终端，还用于根据控制策略形成控制数据控制发射天线操纵机构调整发射天线轴向；

所述收发天线布设框架包括：

接收天线固定框，用于在接收天线最大口径处固定接收天线；

发射天线固定框，用于在发射天线最大口径处固定发射天线；

轴向调节组件，用于对发射天线固定框铰接支撑，受控调节发射天线轴向；

整体支撑框，用于提供接收天线固定框和轴向调节组件的固定基准，并与燃气管道上的法兰连接结构固定；

所述法兰连接结构包括一个贯穿圆管、一个上配合圆环、一个下配合圆环和一个过孔顶盖，上配合圆环沿一个直径方向形成与燃气管道相似的曲面，曲面的曲率略大于燃气管道的曲率；上配合圆环内圈共轴固定在贯穿圆管的靠近顶部位置；贯穿圆管穿过燃气管道侧壁通孔伸入燃气管道，通过密封垫或密封胶与燃气管道侧壁和侧壁通孔密封固定；下配合圆环内圈与贯穿圆管外壁形成螺纹连接且与燃气管道侧壁紧密固定；过孔顶盖为一圆台，圆台底部开设与贯穿圆管外径相同的配合盲孔，在配合盲孔顶部中心开设过线通孔，配合盲孔与贯穿圆管的顶部通过螺纹连接紧密固定；贯穿圆管内部平行设置环形凸起，一部分环形凸起间形成线缆缓冲容纳空间，另一部分环形凸起间在线缆通过后灌注密封胶体进行密封，贯穿圆管的底部与收发天线布设框架固定连接。

2.权利要求1所述的燃气泄漏评估系统，其特征在于，在燃气管道内，所述发射天线、所述接收天线与燃气管道轴向平行，以燃气流向为前方，发射天线和接收天线前后设置，接收天线位于发射天线后方，发射天线和接收天线同口径。

3.权利要求1所述的燃气泄漏评估系统，其特征在于，在燃气管道内，所述发射天线和所述接收天线共轴线且与燃气管道轴向平行，以燃气流向为前方，发射天线和接收天线前后设置，接收天线位于发射天线后方，发射天线口径小于接收天线同口径。

4.权利要求3所述的燃气泄漏评估系统，其特征在于，所述发射天线固定框为一圆环，固定在发射天线的主反射面边缘，接收天线固定框为一圆环，固定在接收天线的主反射面边缘；接收天线固定框固定在整体支撑框上；还包括四个平行的轴向调节组件，轴向调节组件整体为柱状，一端为铰接端，一端为驱动端；在发射天线固定框的外周上均匀间隔设置四个铰接位置，与轴向调节组件的铰接端通过铰接部件形成铰接结构支撑发射天线，轴向调节组件的驱动端穿过接收天线主反射面，位于接收天线后方，轴向调节组件在接收天线前后分别与整体支撑框固定；在接收天线后部设置固定在发射天线固定框上的刚性整流罩，轴向调节组件的驱动端位于刚性整流罩内。

5.权利要求3所述的燃气泄漏评估系统，其特征在于，所述轴向调节组件包括伺服电机、支撑圆管、步进圆管、步进轴承和牵引杆，伺服电机的输出轴与支撑圆管共轴线，支撑圆管的电机近端与伺服电机输出轴外周的电机壳体固定，伺服电机输出轴的输出端位于支撑圆管腔内；支撑圆管的外壁与整体支撑框多点位固定连接；步进圆管与支撑圆管共轴线且容纳在支撑圆管中，步进圆管的外壁与支撑圆管的内壁光滑接触，伺服电机的输出轴与步进圆管的电机近端固定连接；步进轴承与步进圆管共轴线，步进圆管的内壁和步进轴承的外圈侧壁通过设置适配螺纹形成螺纹连接；牵引杆与步进轴承共轴线，牵引杆从电机近端向电机远端延伸的一段定长本体形成步进距离部分，步进距离部分的牵引杆直径小于步进圆管的内径，步进距离部分之外的牵引杆外壁与支撑圆管的内壁光滑接触；牵引杆外壁上设置轴向的导向槽，支撑圆管的内壁上设置定位凸起容纳在导向槽中；牵引杆的电机近端固定在步进轴承的内圈端面上；牵引杆的电机远端设置铰接部件作为铰接端，与发射天线固定框铰接位置的铰接部件形成铰接连接结构；伺服电机作为轴向调节组件的驱动端；步进轴承在步进圆管中的移动长度与牵引杆伸出支撑圆管的长度相应；步进轴承外圈随步进圆管转动在步进圆管中移动，带动牵引杆沿轴向移动。

6.一种燃气泄漏评估方法，利用如权利要求5所述的燃气泄漏评估系统，其特征在于，包括：

信号处理终端确定建立数据链路的分布式监测端，根据预置评估策略针对分布式监测端的射频发射信号进行数据初始化，形成初始频率发生数据集合，并向分布式监测端同步分发；

分布式监测端中的射频信号发生器接收对应初始频率发生数据形成相应射频信号，通过发射天线发射；

接收天线同步接收射频反射信号，射频信号接收器根据反射时序对射频反射的能量分量信号进行时域和频域处理量化信号物理特征，形成射频信号反射数据，并向信号处理终端反馈；

信号处理终端根据泄露检测策略对射频信号反射数据进行处理，根据反射信号能量分布的物理特征确定波导内反射源距离和反射源尺寸，形成波导反射背景数据；

信号处理终端定期以初始频率发生数据控制分布式监测端形成相应射频信号发射，同时接收对应射频反射信号形成的定期射频信号反射数据；

信号处理终端根据泄露检测策略对定期射频信号反射数据进行处理形成波导反射定期数据，根据波导反射背景数据与波导反射定期数据比较确定反射源变化，根据波导反射定期数据间比较确定反射源变化趋势。

7.如权利要求6所述的燃气泄漏评估方法，其特征在于，还包括：

当根据反射源变化或/和反射源变化趋势评估燃气管道出现明确结构缺陷时，信号处理终端根据控制策略形成轴向调节组件中伺服电机的驱动数据，驱动伺服电机协调运行，调整发射天线轴向规律变化，形成附加射频信号反射数据；

信号处理终端根据附加射频信号反射数据确定波导内反射源的具体位置评估。

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