CN115614679A - 一种水压与声波检测装置、方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种水压与声波检测装置，包括：通过防水线缆连接的传感器和第一通信模块。所述传感器包括水听器、水压传感器和恒流源；水听器头部敏感元件为压电陶瓷，水压传感器为扩散硅，传感器内置电子线路生成检测信号。所述第一通信模块中包含用于存储检测数据的存储模块，并通过无线通信方式发送检测数据。本申请还公开了一种水压与声波检测方法，使用所述装置，根据水管内水声传播速度，分析来自多个所述传感器的漏水声的时间差确定漏水点的位置。本申请解决现有技术使用管壁振动传感器检测准确度不足的问题。

Description

一种水压与声波检测装置、方法

技术领域

本申请涉及地下管网技术领域，尤其涉及一种用于水管内部的水压与声波检测装置，以及检测方法。

背景技术

城市地下管网是城市赖以生存和发展的重要基础设施，供水管网和热力管网老旧管线导致泄漏问题。城市供水管网由于管道腐蚀老化、施工操作不合格、管内压力过大、地面塌陷等原因，常会导致管道泄漏，造成水资源浪费。控制和降低供水管网的漏失，对节约水资源和能耗具有重要意义。

目前，城市管网泄漏检测手段以人工为主，由专业人员通过听漏仪探测泄漏点。但是这种方法工作量大、抗干扰性差且必须由有经验的专业人员操作，因此定位漏点准确率和效率较低。除听漏仪外，广泛应用的是集信号收集、处理、计算机相关软件系统分析定位于一体的相关仪。相关仪使用的传感器探头是加速度传感器，可以感应漏点处产生的声波信号并转化成电信号，通过不同位置收到信号的时间差计算出漏点位置。但是加速度传感器的探头是置于管道外侧的，灵敏度受限于管道情况，尤其是检测PE管道或是大口径管道时由于声波信号衰减会严重影响检测准确度。

发明内容

本申请提供一种水压与声波检测检测装置、方法，解决现有技术使用管壁振动传感器检测准确度不足的问题。本申请的装置尤其是用于水管内部，通过识别水声振动确定生源发生位置，进一步确定漏点。

第一方面，本申请实施例提出一种水压与声波检测装置，包括：通过线缆连接的传感器和第一通信模块；

所述传感器包括水听器、水压传感器和恒流源；水听器头部敏感元件为压电陶瓷，水压传感器为扩散硅，传感器内置电子线路生成检测信号；

所述第一通信模块中包含用于存储检测数据的存储模块，并通过无线通信方式发送检测数据。

优选地，所述水听器中的压电陶瓷管以两并两串排列为竹节结构，压电陶瓷之间用绝缘垫圈粘接定位。

优选地，所述电子线路中包含声速校正模块，用于接收控制信息，对检测数据中的强度和频率进行校准。

优选地，本申请装置还包含便携式计算机和第二通信模块；所述便携式计算机通过USB为第二通信模块供电，接收所述第一通信模块的检测数据、发送控制信息；

所述便携式计算机还用于：通过检测数据识别漏水声，根据水管内水声传播速度，分析来自多个所述传感器的漏水声的时间差确定漏水点的位置；

所述便携式计算机通过GUI实现数据展示和采集人工指示。

优选地，所述控制信息，用于设定以下1种或多种参数：管线材质、管径。

优选地，所述便携式计算机还用于：提取校正声速值。

另一方面，本申请还提出一种水压与声波检测方法，使用本申请任意一项实施例所述装置，包含以下步骤：

在水管内部沿线放置1个或多个传感器，经防水线缆连接至水管外部的第一通信模块。

优选地，使用2个第一通信模块，每个第一通信模块用于连接1个或多个传感器；

设置连接在便携式计算机的第二通信模块，与所述2个第一通信模块之间的距离差小于设定阈值。

在本申请第二部分的任意一个实施例中，进一步地，还包含以下步骤：

连接在便携式计算机的第二通信模块与所述第一通信模块建立通信；

通过所述便携式计算机控制所述传感器，提取校正声速值，调节声速校正模块直到检测数据符合标准数据。

在本申请第二部分的任意一个实施例中，进一步地，还包含以下步骤：

通过检测数据识别漏水声，根据水管内水声传播速度，分析来自多个所述传感器的漏水声的时间差确定漏水点的位置。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

本发明该传感装置可以实时收集供水和热力管网中水压力和声波数据，用于管网运行监测和漏点定位，既实现了对管网内水压监测，同时做到了利用水下声波相关计算定位漏点，提升了管网泄漏检测效率。

本发明解决了目前加速度传感器的探头置于管道外侧进行声波信号收集，灵敏度会受限于管道情况，尤其是检测PE管道或是大口径管道时由于声波信号衰减会严重影响检测准确度的问题，大大提高检漏效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请装置的实施例结构图；

图2为本申请装置的应用场景示意图；

图3为本申请方法的实施例流程图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本发明要解决的技术问题是提供一种放置于水下，用于供水热力管网的水压与声波采集检测漏点的传感装置，该传感装置可以实时收集供水和热力管网中水压力和声波数据，用于管网运行监测和漏点定位，既实现了对管网内水压监测，同时做到了利用水下声波相关计算定位漏点，提升了管网泄漏检测效率。

本发明的目的在于提供一种放置于水下，用于供水热力管网的水压与声波采集检测漏点的传感装置，解决目前加速度传感器的探头置于管道外侧进行声波信号收集，灵敏度会受限于管道情况，尤其是检测PE管道或是大口径管道时由于声波信号衰减会严重影响检测准确度的问题。同时还可以结合水压和漏点声波数据综合分析，对管网运行情况进行实时监测和分析。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1为本申请装置的实施例结构图。

本申请实施例提出一种水压与声波检测装置，包括：通过防水线缆连接的传感器3和第一通信模块2。

所述传感器包括水听器32、水压传感器33和恒流源31；水听器头部敏感元件为压电陶瓷，水压传感器为扩散硅，传感器内置电子线路生成检测信号。

进一步，水听器探头的测量对象是漏水产生的振动噪声。当管道产生泄漏时，管道介质的压力平衡被打破，管道内的流体在压差作用下通过向管道泄漏点向外涌出并产生声波信号源。噪声的声波在水中传播被水听器感知，并将声信号转换成电信号。水听器属于压电水听器的一种，头部敏感元件为压电陶瓷，其原理是采用PZT压电陶瓷作为换能材料，陶瓷管两并两串排列形成竹节状结构,以提高水听器的灵敏度及抗干扰能力。压电陶瓷管之间用绝缘垫圈粘接定位。陶瓷管在声压作用下形变，借助其压电效应，从而产生电信号输出。因此，水听器的工作频率范围为20Hz～50kHz。

进一步，水压传感器选用扩散硅，工作原理是被测水压的压力直接作用于传感器的膜片上，使膜片产生与水压成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个相对应压力的电压信号。

所述电子线路中包含声速校正模块，用于接收控制信息，对检测数据中的强度和频率进行校准。需要说明的是，本申请是采集水声，是噪声的声波在水中传播被水听器感知，而非现有技术的采集管壁传导振动。本申请的传感器装置也无需现有技术的与管壁结合，而是自由施放在充水的管道中。

水听器和水压传感器集成，统一封装，使用共同恒流源供电，数据传输时由主机下发指令选择水压信号或者声音信号由第一通信模块发射。

进一步，恒流源为传感器探头供电，供电电压5-24V，输出24VDC/4mA，三线制输出。

所述传感器探头通过信号线与第一通信模块联接，用于传感器接收数据的传输。

所述第一通信模块中包含用于存储检测数据的存储模块22，并通过无线通信方式发送检测数据。进一步地，所述第一通信模块包括主控板21、电池模块23、无线接口24、数据存储模块22和ADC 25。

例如，第一通信模块主板为微控制器。电源模块电池选用可充电锂电池，电压7.2V。电源模块包括降压芯片。降压芯片将输入的7.2V转换内部各模块需要的3.3V、5V。无线接口用于主机与第一通信模块间的通信，主要作用是接受主机发出的指令，讲指令传递给传感器探头和声速校正模块，还可以将采集数据发送至主机。所述无线接口采用以下通讯协议中的一种：WIFI、4G、3G、GPRS。进一步，数据存储模块用于存储检测的噪声数据和电池电量信息等需要存储的数据，可以进行多次擦写。ADC模块功能是将采集的模拟信号转换为数字信号。

进一步地，本申请装置还包含便携式计算机12和第二通信模块11构成的主机1。所述便携式计算机通过USB接口与第二通信模块联接；一方面，便携式计算机通过USB接口为第二通信模块提供电源，另一方面，便携式计算机通过USB端口实现与第二通信模块的通信，接收所述第一通信模块的检测数据、发送控制信息。

第二通信模块用于主机与相关的第一通信模块之间的通信。进一步地，所述第二通信模块采用以下通讯协议中的一种：WIFI、4G、3G、GPRS。

所述便携式计算机可为相关软件提供运行环境，还用于：通过检测数据识别漏水声，根据水管内水声传播速度，分析来自多个所述传感器的漏水声的时间差确定漏水点的位置；所述便携式计算机通过GUI实现数据展示和采集人工指示。

优选地，所述便携式计算机还用于：提取校正声速值。所述主机是所述相关仪控制核心，实现对其他模块的控制，进而实现与第一通信模块通信，用于指令下发和信号接收，完成漏点判定和水压监测过程。通过便携式计算机及其GUI，可以显示第一通信模块电量和状态信息、显示所述漏点噪声数据的频率信息和位置信息、显示所述位置的水压信息。

优选地，所述控制信息，用于设定以下1种或多种参数：管线材质、管径。所述控制信息还包括：声速校正模块声波产生和收集、漏点定位的传感器探头同步和噪声数据采集。

图2为本申请装置的应用场景示意图。

可以通过管线T型接头、预埋端口、弯头、阀门等部位布设传感器。

图3为本申请方法的实施例流程图。

本申请还提出一种水压与声波检测方法，使用本申请任意一项实施例所述装置，包含以下步骤：

步骤310、在水管内部沿线放置1个或多个传感器，经线缆连接至水管外部的第一通信模块。

所述传感器3探头包括水听器32、水压传感器33和恒流源31。

水听器32测量对象是漏水产生的振动噪声，一般振动大小在0-100mg范围内，频率范围在100-3000Hz。水听器32频率范围是20Hz～50kHz；水压传感器33测量管道内水压。恒流源31为传感器探头供电。传感器探头通过信号线与第一通信模块联接，用于噪声传感数据的传输。

步骤320、使用多个第一通信模块，每个第一通信模块分别连接各自的传感器。

例如，使用2个第一通信模块，每个第一通信模块用于连接1个或多个传感器。

作为一个可选的步骤，将所述第二通信模块设置在所述多个第一通信模块的空间中部。设置连接在便携式计算机的第二通信模块，与所述2个第一通信模块之间的距离差小于设定阈值。

步骤330、通过连接在便携式计算机的第二通信模块与所述第一通信模块建立通信。

开机准备：打开主机电脑，将主机通信模块插到USB插口，打开桌面上的检漏软件，进入软件。打开第一通信模块电源开关。

状态检查：软件打开后观察两台第一通信模块信号是否正常，电池电量是否充足，如正常可继续使用。如第一通信模块信号异常，应调整主机位置，使主机尽量处于两台第一通信模块中间的位置。如电量不足应及时充电。

水压监测功能：将传感器探头与第一通信模块连接，进入水压监测模块，选择需要监测的位点，指令下发采集水压数据并通过第一通信模块传输信号到主机，显示动态压力。

步骤340、通过所述便携式计算机控制所述传感器，提取校正声速值，调节声速校正模块直到检测数据符合标准数据。

步骤350、通过检测数据识别漏水声，根据水管内水声传播速度，分析来自多个所述传感器的漏水声的时间差确定漏水点的位置。

泄漏自动定位功能：将传感器探头与第一通信模块连接，进入漏点定位模块，设定管线材质和管径，提取校正声速值，然后进行噪声数据采集和上传。进入定位计算界面后，通过漏水声波沿着管道传播到所放置的传感器的时间差，从而确定漏水点的位置。计算完成，显示最终结果。

用于水下的声波传感器会很好的克服加速度传感器的不足，不受管道状况和材质限制，有很高的检测精度。

与此同时，水压监测也是衡量城市供水、热力管网运行状况的重要指标，同时也是能够直接反映城市供水服务质量的标志参量。从系统运行状态的可估性上分析考虑，节点压力是相对于各节点流量变化最为敏感的状态变量。全面掌控城市供水、热力管网的压力信息以及压力分布状态，不仅有助于实现计算机的实时优化调度、保障供水质量、提高管网运行效率、为管网改扩建提供参考依据，而且能够实时监控管网系统的运行状况和变化状态。同时采集管网稳定运行的压力数据信息有助于实现对管网模型的校准、维护，以便于更好地指导城市供水和热力管网的规划建设。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包含一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种水压与声波检测装置，其特征在于，包括：通过线缆连接的传感器和第一通信模块；

所述传感器包括水听器、水压传感器和恒流源；水听器头部敏感元件为压电陶瓷，水压传感器为扩散硅，传感器内置电子线路生成检测信号；

所述第一通信模块中包含用于存储检测数据的存储模块，并通过无线通信方式发送检测数据。

2.如权利要求1所述水压与声波检测装置，其特征在于，

所述水听器中的压电陶瓷管以两并两串排列为竹节结构，压电陶瓷之间用绝缘垫圈粘接定位。

3.如权利要求1所述水压与声波检测装置，其特征在于，

所述电子线路中包含声速校正模块，用于接收控制信息，对检测数据中的强度和频率进行校准。

4.如权利要求1所述水压与声波检测装置，其特征在于，

还包含便携式计算机和第二通信模块；所述便携式计算机通过USB为第二通信模块供电，接收所述第一通信模块的检测数据、发送控制信息；

所述便携式计算机还用于：通过检测数据识别漏水声，根据水管内水声传播速度，分析来自多个所述传感器的漏水声的时间差确定漏水点的位置；

所述便携式计算机通过GUI实现数据展示和采集人工指示。

5.如权利要求4所述水压与声波检测装置，其特征在于，

所述控制信息，用于设定以下1种或多种参数：管线材质、管径。

6.如权利要求4所述水压与声波检测装置，其特征在于，

所述便携式计算机还用于：提取校正声速值。

7.一种水压与声波检测方法，使用权利要求1～6任意一项所述装置，其特征在于，包含以下步骤：

在水管内部沿线放置1个或多个传感器，经防水线缆连接至水管外部的第一通信模块。

8.如权利要求7所述水压与声波检测方法，其特征在于，还包含以下步骤：

使用2个第一通信模块，每个第一通信模块用于连接1个或多个传感器；

连接在便携式计算机的第二通信模块，与所述2个第一通信模块之间的距离差小于设定阈值。

9.如权利要求7所述水压与声波检测方法，其特征在于，还包含以下步骤：

连接在便携式计算机的第二通信模块与所述第一通信模块建立通信；

通过所述便携式计算机控制所述传感器，提取校正声速值，调节声速校正模块直到检测数据符合标准数据。

10.如权利要求7所述水压与声波检测方法，其特征在于，还包含以下步骤：

通过检测数据识别漏水声，根据水管内水声传播速度，分析来自多个所述传感器的漏水声的时间差确定漏水点的位置。

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