CN208474956U - 基于次声波和参考点的供热管道泄漏检测系统 - Google Patents
基于次声波和参考点的供热管道泄漏检测系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型属于管道泄漏检测技术领域，具体是一种基于次声波和参考点的供热管道泄漏检测系统。包括中心控制系统、上游声波监测装置、下游声波监测装置和声源装置，其中上游声波监测装置和下游声波监测装置之间的距离固定；声源装置位于上下游声波监测装置之间的管道上，且声源装置与上游声波监测装置的距离固定；上游声波监测装置、下游声波监测装置和声源装置均通过有线网络或无线网络的方式与中心控制系统相连，进行双向数据通信。本实用新型通过检测参考点发出的声波信号可以在线测量管道内的声波传播速度，在有管道泄漏事故发生时，以该声波传输速度进行泄漏位置的计算可以显著提高泄漏位置计算精度，极大降低检修人员的现场勘查工作量。
Description
技术领域
本实用新型属于管道泄漏检测技术领域，具体是一种基于次声波和参考点的供热管道泄漏检测系统。
背景技术
目前城市或区域大都采用集中供热的方式，很多供热系统的总供热面积已经达到几千万平方米，其中供热管道是供热系统中重要的一环，但也是可靠性最薄弱的环节。随着供热介质温度及压力参数提高，加之供热管道使用时间的延长，以及受到管道材质老化、铺设方式、工作环境、施工方法等诸多因素的影响，供热管道泄漏故障不断发生，对供热系统的稳定安全运行带来了很大的影响，也造成很大的经济损失。但是目前缺少有效的检测方法。
供热管道泄漏检测有直接检测和间接检测两种。间接方法依靠管路压力和流量信号通过建立模型，但由于管网动态特性复杂，经常发生误判，而且是在发生较大的泄漏之后才能发出报警。此外增加太多的流量计量装置也不现实。直接检测法可利用磁通、超声、涡流等技术，将探测仪器放入管道中沿管线内进行探测，但易造成管道阻塞，而且不能持续进行检测。另一种是沿管道铺设光纤，利用光纤温度传感原理进行探测，但存在造价太高和工作量大的问题。采用热成像仪进行探测也是一种方案，但对深埋管道无法探测，而且不能持续监测。负压波法通过传感器检测瞬态压力降进行泄漏判断，但泄漏量较小时产生的负压波并不明显，以至于不能及时检测。次声波利用泄漏时产生的次声波进行判断，对于大小泄漏量都能检测。但是次声波法在计算泄漏点位置时需要考虑声波的传播速度，由于供热管道的温度、压力、密度等工况变化频繁，声波的速度不是常量，对计算结果产生较大影响。本实用新型就针对声波在复杂工况下的传播速度对泄漏点估计的影响提出有效的解决方案，提高利用次声波进行供热管道泄漏点位置的检测精度。
实用新型内容
本实用新型为了解决上述问题，提供一种基于次声波和参考点的供热管道泄漏检测系统。
本实用新型采取以下技术方案：一种基于次声波和参考点的供热管道泄漏检测系统，包括中心控制系统、上游声波监测装置、下游声波监测装置和声源装置，其中上游声波监测装置和下游声波监测装置之间的距离固定；声源装置位于上下游声波监测装置之间的管道上，且声源装置与上游声波监测装置的距离固定；上游声波监测装置、下游声波监测装置和声源装置均通过有线网络或无线网络的方式与中心控制系统相连，进行双向数据通信。
进一步的，上游声波监测装置包括数据处理单元、声波传感单元、信号处理单元、第一GPS授时单元、第一通信单元和数据存储单元，声波传感单元安装在待监测的管道上，信号处理单元，与所述的声波传感单元和数据处理单元相连，信号处理单元接受声波传感单元的信号送到数据处理单元；第一GPS授时单元与所述的数据处理单元相连；第一通信单元与所述数据处理单元相连用于实现双向数据通信；数据存储单元与所述数据处理单元相连用于存储相关参数及传感器数据。
进一步的，声源装置包括控制器单元、第二通信单元、第二GPS授时单元、音频发生单元、控制音频功率放大单元和声波输出单元，控制器单元接收到所述的中心控制系统的指令，第二通信单元与所述控制器单元相连用于实现双向数据通信；第二GPS授时单元与所述的控制器单元相连实现整个系统的时钟同步；音频发生单元与所述控制器单元相连接受控制器单元控制；音频功率放大单元分别与所述的控制器单元和音频发生单元相连，音频功率放大单元接受控制器单元控制对音频发生单元的音频信号进行可控功率放大；声波输出单元与音频功率放大单元相连，声波输出单元安装于待监测管道外壁。
进一步的，中心控制系统内置有第三GPS授时单元。
与现有技术相比，本实用新型调整声源装置发出声波信号的频率的另一目的在于避免相邻管道上声源装置相互干扰，也即不同管道上的泄漏检测系统采用不同频率的声波，从而能够组成更大区域的管道泄漏监测系统。
本实用新型的有益效果在于通过检测参考点发出的声波信号可以在线测量管道内的声波传播速度，在有管道泄漏事故发生时，以该声波传输速度进行泄漏位置的计算可以提高显著提高泄漏位置计算精度，极大降低检修人员的现场勘查工作量。
附图说明
图1 为本实用新型一种基于次声波和参考点的供热管道泄漏检测系统的组成框图；
图2为本实用新型的声波监测装置的组成框图；
图3为本实用新型的声源装置的组成框图；
图4为本实用新型一种基于次声波和参考点的供热管道泄漏检测方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本实用新型实施例中的技术方案，并使本实用新型实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
本实用新型涉及基于次声波和参考点的供热管道泄漏监测系统，如附图1所述供热管道泄漏检测系统包括：中心控制系统101、上游声波监测装置102、下游声波监测装置103及声源装置104。中心控制系统101内置有第三GPS授时单元。其中，上游声波监测装置102和下游声波监测装置103之间的距离固定；声源装置104位于上下游声波监测装置之间的管道上，且与上游声波监测装置102的距离固定；上游声波监测装置102、下游声波监测装置103和声源装置104均通过有线网络或无线网络的方式与中心控制系统101相连，进行双向数据通信。本实施例中采用无线通讯方式，该方式通过无线数传模块建立专用无线数据传输方式，建设工程周期短，不仅仅节省了人力物力，而且几乎不受地理环境的限制，适应性良好。
本实用新型实施例提供一种声波监测装置，用于在管道的上游和下游监测声源装置发出的频率为f SY 的声波信号以及管道泄漏后发出的次声波信号。如附图2所述的声波监测装置包括：声波传感单元202，安装于待监测管道上，对管道内的声波和次声波进行检测；信号处理单元203，与所述的声波传感单元202和数据处理单元201相连，接受声波传感单元202的信号，对其进行处理生成传感数据，送到数据处理单元201；第一GPS授时单元204，与所述的数据处理单元201相连，实现整个系统的时钟同步；第一通信单元205，与所述数据处理单元201相连，用于实现双向数据通信；数据处理单元201，用于处理传感器数据，协调整个装置工作；数据存储单元206，与所述数据处理单元201相连，用于存储相关参数及传感器数据。
本实用新型实施例提供一种声源装置104，主要用于根据中心控制系统101的命令产生频率为f SY 的声波信号。如附图3所述的声源装置包括：控制器单元301，用于协调整个装置工作，根据接收到所述的中心控制系统101的指令，控制音频发生单元304产生频率为f SY 的音频信号，控制音频功率放大单元305对音频信号进行放大；第二GPS授时单元303，与所述的控制器单元301相连，实现整个系统的时钟同步；第二通信单元302，与所述控制器单元301相连，用于实现双向数据通信；音频发生单元304，与所述控制器单元301相连，接受控制器单元301控制，产生频率为f SY 的音频信号；音频功率放大单元305，与所述的控制器单元301和音频发生单元304相连，接受控制器单元301控制对音频发生单元304的音频信号进行可控功率放大；声波输出单元306，与音频功率放大单元305相连，安装于待监测管道外壁，向管道内发出频率为f SY 的声波信号。
为了实现上述目的，本实用新型的实施例还提供了一种基于次声波和参考点的管道泄漏检测方法。如附图4所述方法包括如下步骤。
系统对时401：所述的中心控制系统101、上游声波监测装置102、上游声波监测装置103和声源装置104以一定的周期利用GPS授时单元进行时钟同步。
发出频率为f SY 的声波402：中心控制系统101向声源装置104发出指令，控制其发出频率为f SY 的声波信号，该指令同时发送到所述的上游声波监测装置102和下游声波监测装置103。
监测频率为f SY 的声波403：上游声波监测装置102和下游声波监测装置103监测声源装置104发出的频率为f SY 的声波信号。
发送检测到的频率为f SY 声波信号的时间信息404：上游声波监测装置102和下游声波监测装置103将检测到频率为f SY 声波信号的时间发送给中心控制系统101。
计算声波传播速度405：中心控制系统101根据上游声波监测装置102和下游声波监测装置103检测到频率为f SY 的声波信号的时间和声源装置104发出频率为f SY 的声波信号的时间计算声波传播速度；
监测管道次声波并计算漏点位置406：上游声波监测装置102和下游声波监测装置103监测管道内发出的次声波，并将检测到的次声波信号的时间发送给中心控制系统101，中心控制系统101计算漏点位置。
中心控制系统101通过网络向声源装置104发送命令，控制声源装置104以一定的周期T SY 在时间t SY 向供热管道发出频率为f SY 的声波信号，上述命令同时发送到上游声波监测装置102、下游声波监测装置103。通过这样的方法中心控制系统101、上游声波监测装置102、下游声波监测装置103知道声源装置104在何时以及向管道发出的声波信号的频率f SY 。
为了方便之后的计算，在本实施例中作如下假设：
1)声源装置104与上游声波监测装置102的距离为；
2) 上游声波监测装置102与下游声波监测装置103的距离为L；
3) 声源装置104将在时间t SY 发出频率为f SY 的声波；
4)上游声波监测装置102检测到频率f SY 的声波信号的时间为；
5)下游声波监测装置103检测到频率f SY 的声波信号的时间为。
当声源装置发出一个声波信号后，考虑管道内流体对声波传输的影响，可以计算出：
（1）
（2）
其中，为流体流速，为声波速度；
其中，时间和距离为已知信息，因此相对的传输速度和可以计算得出，
用以下公式对管道泄漏点位置进行计算：
（3）
其中，为泄漏点距离上游传感器的距离，为声波到达上下游传感器的时间差，
以声源装置104为泄漏点，则有，利用上述公式（3）反推出此时此种状态下的声波速度为：
（4）
在确定精确的声波速度后，即可通过公式（3）对不同的泄漏位置进行判定。
由于在管道现场可能受环境影响，有各种各样的声音存在。如果采用固定的频率的声波可能会产生声波混淆，影响声波传播速度的准确检测。为了提高声波传播速度测量的可靠性，本实用新型中所述的声源装置104可以通过音频发生单元改变发出的声音信号的频率，避免与现场环境的声音混淆。为了实现本目的，本实用新型采用的方法如下：上下游声波监测单元都采集声音信号，计算大于20Hz并小于20000Hz声音信号的功率谱，并将该功率谱信号发送给中心控制系统101。中心控制系统101通过对上游声波监测装置102和下游声波监测装置103发送的声音功率谱信号进行分析，选择二者中基底噪声都低的频段作为声源装置104发出声音信号的频率点。
为了进一步提高声波传播速度测量的可靠性，本实用新型中所述的声源装置104可以通过音频功率放大单元305对输出的声波的功率进行调整，确保上游声波监测装置102和下游声波监测装置103能够可靠监测到声源装置104所发出的频率为f SY 的声波信号。为了实现本目的，本实用新型采用的方法如下：上游声波监测装置102和下游声波监测装置103先采集声音信号，计算频率为f SY 声音信号的功率谱，作为基础值，并将该值传输给中心控制系统101；中心控制系统101向声源装置104发出指令，控制声源装置104发出频率为f SY 的声波信号，然后接收上游声波监测装置102和下游声波监测装置103计算的频率为f SY 声音信号的功率谱，与基础值进行比较，只有检测到频率为f SY 声波信号的功率谱值大于基础值一定的阈值才可，否则向声源装置104发出指令，增大其输出功率。
本实用新型调整声源装置104发出声波信号的频率的另一目的在于避免相邻管道上声源装置相互干扰，也即不同管道上的泄漏检测系统采用不同频率的声波，从而能够组成更大区域的管道泄漏监测系统。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于次声波和参考点的供热管道泄漏检测系统，其特征在于：包括中心控制系统（101）、上游声波监测装置（102）、下游声波监测装置（103）和声源装置（104），其中上游声波监测装置（102）和下游声波监测装置（103）之间的距离固定；声源装置（104）位于上下游声波监测装置之间的管道上，且声源装置（104）与上游声波监测装置（102）的距离固定；上游声波监测装置（102）、下游声波监测装置（103）和声源装置（104）均通过有线网络或无线网络的方式与中心控制系统（101）相连，进行双向数据通信。
2.根据权利要求1所述的基于次声波和参考点的供热管道泄漏检测系统，其特征在于：所述的上游声波监测装置（102）包括数据处理单元（201）、声波传感单元（202）、信号处理单元（203）、第一GPS授时单元（204）、第一通信单元（205）和数据存储单元（206），声波传感单元（202）安装在待监测的管道上，信号处理单元（203），与所述的声波传感单元（202）和数据处理单元（201）相连，信号处理单元（203）接受声波传感单元（202）的信号送到数据处理单元（201）；第一GPS授时单元（204）与所述的数据处理单元（201）相连；第一通信单元（205）与所述数据处理单元（201）相连用于实现双向数据通信；数据存储单元（206）与所述数据处理单元（201）相连用于存储相关参数及传感器数据。
3.根据权利要求1或2所述的基于次声波和参考点的供热管道泄漏检测系统，其特征在于：所述的声源装置包括控制器单元（301）、第二通信单元（302）、第二GPS授时单元（303）、音频发生单元（304）、控制音频功率放大单元（305）和声波输出单元（306），控制器单元（301）接收到所述的中心控制系统（101）的指令，第二通信单元（302）与所述控制器单元（301）相连用于实现双向数据通信；第二GPS授时单元（303）与所述的控制器单元（301）相连实现整个系统的时钟同步；音频发生单元（304）与所述控制器单元（301）相连接受控制器单元（301）控制；音频功率放大单元（305）分别与所述的控制器单元（301）和音频发生单元（304）相连，音频功率放大单元（305）接受控制器单元（301）控制对音频发生单元（304）的音频信号进行可控功率放大；声波输出单元（306）与音频功率放大单元（305）相连，声波输出单元（306）安装于待监测管道外壁。
4.根据权利要求3所述的基于次声波和参考点的供热管道泄漏检测系统，其特征在于：所述的中心控制系统（101）内置有第三GPS授时单元。
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| CN111442818A (zh) * | 2020-04-16 | 2020-07-24 | 山西格盟中美清洁能源研发中心有限公司 | 一种基于次声波的等离子气化炉熔融物液位检测系统及检测方法 |
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