CN1808087A - 数字化高智能地下管线定位检漏方法及其仪器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及集管线定位、测漏检漏、泄漏监控等多功能的数字化高智能地下管线定位检漏方法及其仪器，其应用目前声学、电子、软件、通讯、信号处理、数字化处理等综合技术，开发集漏水预定位和精定位于一体，仅一次检测即可完成一定区域内的漏点预定位和漏点精定位，而且仪器对管道属性要求不高，可以在不清楚管材管径的情况下进行漏水定位的仪器，从而实现了从发现漏水点到漏水点精确定位，从一段管线到大面积的检漏普查，仅用一套仪器就可完成。本发明简化目前的漏水探测过程，能同时完成多步骤、实现多功能、操作方便、可靠性高，大大提高检漏工作效率。

Description

数字化高智能地下管线定位检漏方法及其仪器

技术领域

本发明涉及市政供水、供燃气、供暖管网的泄漏监控技术，具体涉及集成管线定位、测漏检漏相关分析诸多功能的高智能数字化分析方法及其仪器。

背景技术

水是宝贵的自然资源。由于淡水资源的贫乏和高昂的制水成本，世界各国尤其是发达国家都非常重视供水节水的管理工作。很早就开展了漏损控制技术及设备的研究、开发工作。20世纪初采用简易机械听漏，20世纪40年代发明初级电子听漏装置，70年代开发漏失噪音计算机，80年代研制电池驱动的检漏设施，2000年开始研制数字式检漏及GIS系统的应用。

80年代初，英、美、法、日相继开发成功了相关检漏仪，90年代初又研究了利用水传声的相关检漏仪，提高了检漏的正确性。美国、日本在80年代中期还开发了探地雷达，利用电磁波对漏水情况进行检漏，并以图像显示漏水孔周围的情况，实现对漏水点的精确定位。由于西方国家的经济实力、重视程度和技术水平等方面的优势，根据有关资料统计，英国的管网漏失率控制在18.69％，美国为8％以下，日本为10％以下，法国为9.5％，德国为4.9％，其漏失率远低于亚洲国家。

漏水探测技术主要分为两种，区域测漏法和区域声音检测法。

区域测漏法在生活小区或日夜连续用水户较少地区，测漏时除小区进水总表(此时作测漏表用)外，关闭所有连通该区的阀门，测漏在深夜用水最少时测定一定时间，其最低流量(扣除连续用水户用水量)大致就是该区的漏损量，如漏损量未超过允许漏损值，则表示该区基本上无漏水或漏水很少，如超过允许值，则关闭部分阀门，缩小测漏地区，再比较缩小地区后的最低流量，如果差距较大，则说明该段管道有漏水。区域测漏法又可分为直接区域测漏与间接区域测漏，直接区域测漏法就是在测定时除了关闭所有进入该区的闸门(不包括测漏表)外，并关闭所有用户水表前的进水闸门，这样测得的流量就是此时该区内管道的漏水量；间接区域测漏法就是在测定时关闭所有进入该区的闸门(不包括测漏表)，原则上不关闭用户的进水闸门，这时测得的流量为管网漏水量和用户的最小用水量，通过分析，估算出用户夜间最小流量，从而得出该区漏水量。这两种测漏方法，统称“水平衡测试”法。这一方法在实际中较常用，准确性较高，但操作起来较复杂而繁琐。

在漏损控制的几种方法中，区域测漏法是运用较多也比较成功的方法，特别是对于居民小区更为适宜，它提高了检漏上作的效率，避免盲目性，而且也是漏损控制效果的一种最直接的验证手段。但在具体运用中也发现由于目前国内管网阀门质量普遍较差，开关闸门的操作往往不能如愿，某个阀门失灵，就会影响整个方法的实施，再加上小区内用水户夜间最少用水量的估算难以精确，对用户水表的读表统计工作量也较大，所以该方法对于较大规模的小区是不太适合的。

区域声音检测法：过去该技术的主要流程是资料准备—管网压力测量—环境调查—阀栓听音—路面听音—漏水确认—漏水修复。核心技术在于：阀栓听音、路面听音和漏水确认技术。

阀栓听音即利用机械或电子听音设备，通过漏水探测技术人员的听觉和经验，探测阀栓上的漏水声波，发现阀栓上的漏水声波异常，从而推断漏水的发生和大致范围；路面听音即利用电子听音设备，通过漏水探测技术人员的听觉和经验，探测漏水点传播到地面的声波异常，推断漏水的发生和范围；漏水确认即以钻孔听音辅助漏水相关探测，对路面听音发现的异常进行确认探测，确定漏水的发生和漏点的准确位置，确认探测主要依靠探测人员的现场经验。

漏控设备中运用得最普遍、最有效的是听漏棒。该设备历史久远，结构简单，但其听漏效果和简便的操作仍是其它先进的检漏设备无法替代的，其对漏点的准确定位是单纯听漏和相关仪、探地雷达检测等操作中不可少的。听音机又称漏水探测仪，是在听漏棒的基础上，采用现代电子技术，对漏水噪声信号进行处理，提高了结果准确性，容易操作，并可分类获取不同频率噪声并有了量化指标。这两种设备都是检漏工作最基本的配置，使用的好坏直接关系到检漏质量。漏水探测仪由耳机、放大器、滤波器、拾音器(探头)组成。它具有选择接受各种不同频率声音，捕捉放大漏水声的能力，其原理是将探头置于地面、消火栓、管道上(包括其附属设施)把漏水点发出的漏水振动音，通过主机将信号增幅传上耳机依然是用耳朵捕捉；也可根据指针所示幅值的大小来显示漏水的有无。该议器因车辆、行人、机械等噪音干扰，所以多在深夜外界干扰较少的情况下使用，并且探测仪的使用同听漏棒一样，都要求有相当的实践经验。

过去的漏水探测技术的存在以下主要缺点：

①由于人的听觉灵敏度和分辨度相对较低，在许多情况下不能发现和判断漏水的发生。例如，在管道埋设深度较大的地区、管道复杂地区、声波干扰较大的地区等，采用过去的探测方法技术，探测结果都不理想。

②主要依靠探测人员的听觉和经验，探测质量和结果无法保证。由于每个探测人员在听觉和经验上存在差异，探测结果也就不是一个标准，即使是同一个探测人员，其每天的工作状况不同，探测结果也不相同。

③探测结果没有记录，结果不能准确表示和表达，难以规范和控制探测的过程和结果。

④国内仪器的生产研究处于初步阶段，产品大多功能单一，操作复杂，集成化程度低，而国外进口仪器费用很高，影响仪器的普及推广。

因此，开发研制高智能、高精度、多功能、集成化，既经济实用，又易于普及推广的管线定位检漏仪器是当前给水工业亟待解决的重要课题之一。

发明内容

针对管网维护相关的供水管道泄漏点进行准确定位、设施及金属管道定位、测量距离的需要，以及现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种高智能、高精度、多功能、集成化，既经济实用，又易于普及推广的管线定位检漏方法及其仪器。

本发明的目的是这样实现的：数字化高智能地下管线定位检漏方法，采用检漏仪器从地面拾音、滤波、信号放大，再显示波峰及耳机放音，确定漏点。

数字化高智能地下管线定位检漏仪，包括壳体、传感头和测量电路；传感头通过伸缩杆设于壳体的底部，传感头与拾音盘连接；传感头与测量电路板的输入端连接，耳机通过测量电路和传感头连接；传感头与测量电路板由电池供电；壳体上设有与测量电路连接的测距显示面板、以及功能转换、频点转换、音量控制、静音开关多个功能键。

测量电路包括串联的前置放大电路、数字滤波电路和耳机放大电路，前置放大电路、数字滤波电路和耳机放大电路分别由放大量控制电路、滤波频率选择电路和耳机音量控制电路控制连接；数字滤波电路还与频率显示电路连接；耳机放大电路与耳机连接。金属探测电路由临界振荡电路、检波及差拍电路、闪光指示驱动电路和耳机放大电路依次串联而成。

探测器金属管时，由测距轮和金属探测盘取代拾音盘。

与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

①阀栓声波探测系统和多探头数字相关仪具有高灵敏度、高分辨率和抗干扰能力强等优点，能够在复杂情况下探测小的漏水发生和位置；

②探测数据自动记录和处理，人为的影响非常小，探测结果确定和统一；

③探测过程以仪器为主进行，其工作程序易于规范，结果可以控制；

④多探头的使用，不仅提高了工作效率，同时也给解释工作提供了大量的有效信息，保证探测结果的准确性；且使用成本较低。

附图说明

图1是本发明地下管线定位检漏仪结构示意图；

图2是图1的工作面板示意图；

图3是本发明电路原理图；

图4是图3的一种具体实施方式电路原理图；

图5是本发明金属探测器电路原理图；

图6是本发明探测工作原理图；

图7是本发明金属探测器工作原理图。

具体实施方式

数字化高智能地下管线定位检漏方法，采用专用检漏仪器从地面拾音、滤波、信号放大，再显示波峰及耳机放音，确定漏点。

数字化高智能地下管线定位检漏仪，采用阀栓声波探测系统和多探头数字相关仪具有高灵敏度、高分辨率和抗干扰能力强等优点，能够在复杂情况下探测小的漏水发生和位置。

实施例1：如图1所示，数字化高智能地下管线定位检漏仪，包括壳体1、传感头2、伸缩杆3、拾音盘4、耳机5和测量电路板6；传感头2通过伸缩杆3设于壳体1的底部，拾音盘4与传感头2连接，传感头2与测量电路板6的输入端连接，耳机5通过测量电路6和传感头2连接；传感头2与测量电路板6由蓄电池7供电。

参见图2，壳体1上设有测距显示10、以及功能转换、频点转换、音量控制、静音开关等功能键11、频率按钮12和频谱直方图13。

参见图3，测量电路(板)包括串联的前置放大电路、数字滤波电路和耳机放大电路，前置放大电路、数字滤波电路和耳机放大电路分别由放大量控制电路、滤波频率选择电路和耳机音量控制电路控制连接；数字滤波电路还与频率显示电路连接；耳机放大电路与耳机连接。通过频率显示电路显示的波峰和放音耳机的声音可以确定漏点。

图4是图3的一种具体实施方式电路图，其中IC1-IC10为S5532，IC11-IC18为LW3914。

参见图6，本发明漏水探测工作原理：当管道内流体在压力作用下泄漏时，所产生的振动波会沿着管道或地埋层介质(如土壤，水泥等)传播到地面，漏水探测仪便是采用先进的数据采集和数字滤波技术对此进行采集和分析，并最大限度地排除其它的信号干扰，从而使人们轻松地找到泄漏点。

本发明通过简化漏水探测过程，能同时完成多步骤、实现多功能、操作方便、可靠性高的仪器设备，提高检漏工作效率。本发明应用目前声学、电子、软件、通讯、信号处理、数字化处理等综合技术，开发集漏水预定位和精定位于一体，仅一次检测即可完成一定区域内的漏点预定位和漏点精定位，而且仪器对管道属性要求不高，可以在不清楚管材管径的情况下进行漏水定位的仪器，从而实现了从发现漏水点到漏水点精确定位，从一段管线到大面积的检漏普查，仅用一套仪器就可完成。

实施例2：在实施例的基础上，增加由高频振荡器、振荡检测器、音频振荡器和功率放大器等组成的金属探测电路部分。探测器金属管时，由测距轮和金属探测盘取代拾音盘即可。参见图5、图7，本发明金属探测器工作原理：金属探测器由高频振荡器、振荡检测器、音频振荡器和功率放大器等组成，探测金属的原理是—调节高频振荡器的增益电位器，恰好使振荡器处于临界振荡状态，也就是说刚好使振荡器起振。当探测线圈靠近金属物体时，由于电磁感应现象，会在金属导体中产生涡电流，使振荡回路中的能量损耗增大，正反馈减弱，处于临界态的振荡器振荡减弱，甚至无法维持振荡所需的最低能量而停振。如果能检测出这种变化，并转换成声音信号，根据声音有无，就可以判定探测线圈下面是否有金属物体了。

阀栓声波探测是采用阀栓声波探测设备，对阀栓的声波进行长时间的系统探测，并记录探测数据，数据传输到计算机，由专门的软件对探测数据进行处理，最后自动给出漏水发生可能性和发生区域的分析结果。阀栓声波探测系统具有高灵敏度和多参数的优点，能够精确探测微弱声波异常，分辨出用水、电机等其他干扰声波异常，正确判断漏水的发生和范围。

管线探测是采用地下管线探测设备，在漏水异常区域进行管线探测，为相关探测奠定基础，管线探测的结果，直接影响到相关探测的结果。相关探测，在小管径(400mm以下)金属管道地区，采用多探头数字相关仪进行区域相关探测，确认漏水的发生和确定漏水点。多探头数字相关仪具有数字滤波的优点，可在一个区域多点同时进行相关探测。对大管径(400mm以上)金属管道和非金属管道，则采用水中传感器和矢量相关技术进行相关探测。

仪器采用多探头，有强大的软件支持，可反复利用在测试中收集到的大量相关测漏数据来验证检测结果，因此大大提高了检测的效率和准确度。多探头相关仪的记录仪(简称探头)具有防水功能，不用无线发射，可排除无线干扰和盲区，区域泄漏普查系统可对PVC管和水泥管进行检漏。测试时间不受限制(从10秒～3小时)，可在白天或夜间测试，避免了其它产品只能在夜间测试的局限性。多探头相关仪既应用了世界的领先技术，也充分反映了实用性，安装了高智能专家系统，可自动分析数据，生成模拟管网图。

漏损控制技术采用区域声音检测法。借助相关仪通过装设在泄漏管线两端的传感器接受漏水所产生的连续的不规则振动音，根据两传感器间的距离、声音到达的时间差、振动音传播速度等数据进行相关计算，求得漏水点的位置。仪器对某一供水区域的管道进行监听，并自动记录监听的声音结果，然后在电脑上分析监听结果，确定漏水点的大致位置。

监测仪的工作原理为，首先选定所要监听的区域及监测时间，然后用该仪器所提供的可编程功能对声音监测编写程序。内容包括，在某月某日某时某分开始监测，时间选定在外界干扰最少的夜间，监测器的放置位置为选定的区域内的管道上，监测器放置的个数，根据被测区域的大小而定，(监测仪的监听半径200-300m)。监测器在事先编写的时间内自动进行监测工作，并记录下所选定时段的声音监测值，然后借计算机对任何时间的监测情况由微机进行重放分析，通过对噪声场强级及场强级宽度累计时段叠合的二维及三维图的分析，增加声波分析，排除干扰，来判断监听范围内是否有漏点存在。该设备的出现给检漏人员带来了崭新探漏工作方式，将漏损控制工作带入了一个高科技、高技能、多专业交叉的全新领域。

管线定位技术：地下管线定位是检漏的重要环节，它贯穿检漏全过程。分为金属管线定位和非金属道线定位。金属管线定位运用电磁波探测金属管线定位技术，通过感应法和接地法等手段，能够准确定出金属管线的平面位置和埋设深度。非金属管线的探测引入探地雷达，探地雷达是最新的也是最有发展前途的检漏仪器，它利用发射电磁波的反向收集，对地下管线进行测定，可以精确地绘制出地下管线的横断面图，并可根据水管周围的图象判断是否有漏水。探地雷达所能收集的资料非常丰富，除可探测出地下供水管道、煤气管、下水道、电缆等位置及地下地壤情况；也可检测难以发现的管道泄漏，管道的不均匀沉降等资料；还能用于预防性的测量，发现隐患，提高漏损的控制水平。该设备不仅为漏损控制提供了一种新的检测手段，而且对提高管道工程设计、施工、维护、管理等工作的技术水平也都将起到重要的作用。

运用神经网络技术进行数据分析：神经网络技术是一种新型的、人工智能技术，在许多领域已得到广泛应用，如预测预报、优化计算、模型识别等。它在供水管网中应用总的思路是根据漏损控制的特点，确定人工神经网络模型中的神经元，建立适合供水管网特点的人工神经网络模型，训练神经样本，输入实际资料，进行漏损分析，并根据分析结果，自动寻求最优漏损控制措施及对策，属主动检漏法，减少查漏的盲目性，提高检漏的准确性。

管线综合检测仪操作说明：

一、测漏功能操作：

1、准备工作：将“功能选择”的“测漏”键按下，连接好测漏传感器插线，插上耳机，将“滤波频率选择”的直通键(即键)按下，再打开电源开关；这时，“频谱显示条”有高低不同的频点增益显示，耳机里也有相应的随机噪音。

2、漏点的预定位：在大致确定的疑漏管线范围内，将测漏仪传感器逐次向频谱显示条的显示有增强趋势的方向移动，直至显示和耳机里的噪音都相对较大。

3、漏点的精确定位：在预定位的基础上，根据频谱显示条上相对幅度最大的频点(例如240Hz)按下滤波频率选择的240Hz键，这时，频率显示条的显示都要变小一些，但240Hz的显示应该还是相对比其它频点为大，耳机里的声音也要稍小一点，但听起来更单纯些。这时沿着确定的管线走向以一定的间距测量，选取其显示和声音都相对最大的位置，即是漏点。

4、操作注意事项：

(1)“放大增益”的控制，以频谱显示条上最大的幅度还有1~2格空间为好，太大就减小一级“放大增益”(反之亦然)，如果有几条都顶满了格，就不好区分最大点了。

(2)“耳机音量”的控制，以听起来清晰即合适，不宜太响。

(3)管道的用水声和漏水声有时候在显示和耳机声音上都比较相似，但漏水声是持续不断的并且是有某种特点的起伏性声音，而用水声和其它噪音是断续的随机的，这不同的特性就能较好地区分它们。另外，对同一漏点听者听到的高频成份较多时距漏点较近，反之若低频较大则离漏点较远。跟据经验，漏水声大都在240Hz~800Hz这个频率范围，可作为参考。

二、探管功能操作：

1、准备工作：将“功能选择”的“探管”键按下，连接好探管传感头和相应插线，插上耳机，再打开电源开关。

2、探测管道：手持本仪器将其探管传感头接触可能埋有管线的地面并缓缓前后左右搜索，一旦感测到有管线耳机里就会出现特定的音频声，同时红色“管线”指示灯也会闪亮。

三、测距功能操作：

1、准备工作：将“功能选择”的“测距”键按下，连接好测距传感轮和相应插线，再打开电源开关。

2、路面测距：手持本仪器令其传感轮接触起始点的地面，按一下距离计数器的清零按钮，然后沿待测的路径推进到目的点时，计数器的读数即为该段距离的米数。

目前的漏水探测技术的主要流程是：资料准备—压力系统—阀栓声波探测—辅助地面听音—管线探测—相关探测—漏水修复—修复后探测。

Claims (5)

1、数字化高智能地下管线定位检漏方法，其特征在于采用检漏仪器从地面拾音、滤波、信号放大，再显示波峰及耳机放音，确定漏点。

2、数字化高智能地下管线定位检漏仪，包括壳体(1)、传感头(2)和测量电路(6)；其特征在于传感头(2)通过伸缩杆(3)设于壳体(1)的底部，传感头(2)与拾音盘(4)连接；传感头(2)与测量电路板(6)的输入端连接，耳机(5)通过测量电路(6)和传感头(2)连接；传感头(2)与测量电路板(6)由电池(7)供电；壳体(1)上设有与测量电路(6)连接的测距显示面板(10)、以及功能转换、频点转换、音量控制、静音开关多个功能键(11)。

3、根据权利要求2所述的地下管线智能定位检漏仪，其特征在于传感头(2)还配置测距轮和金属探测盘。

4、根据权利要求2所述的地下管线定位检漏仪，其特征在于所述测量电路(6)包括串联的前置放大电路、数字滤波电路和耳机放大电路，前置放大电路、数字滤波电路和耳机放大电路分别由放大量控制电路、滤波频率选择电路和耳机音量控制电路控制连接；数字滤波电路还与频率显示电路连接；耳机放大电路与耳机连接。

5、根据权利要求3所述的地下管线定位检漏仪，其特征在于所述金属探测电路由临界振荡电路、检波及差拍电路、闪光指示驱动电路和耳机放大电路依次串联而成。

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