UA79957C2 - Method for detection and localization of acoustic signals of leaking of underground pipelines - Google Patents
Method for detection and localization of acoustic signals of leaking of underground pipelines Download PDFInfo
- Publication number
- UA79957C2 UA79957C2 UA20040706243A UA20040706243A UA79957C2 UA 79957 C2 UA79957 C2 UA 79957C2 UA 20040706243 A UA20040706243 A UA 20040706243A UA 20040706243 A UA20040706243 A UA 20040706243A UA 79957 C2 UA79957 C2 UA 79957C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- signal
- cycles
- spectrum
- leaking
- localization
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 230000004807 localization Effects 0.000 title claims abstract description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 15
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Examining Or Testing Airtightness (AREA)
Abstract
Description
Опис винаходуDescription of the invention
Спосіб відноситься до галузі виявлення слабких сигналів на фоні потужних перешкод і призначений для 2 використання в акустичних пристроях виявлення місць протікань в підземних трубопроводах. В основі роботи таких пристроїв використовується спосіб виявлення слабких акустичних сигналів, які виникають в місцях протікання трубопроводу (Чернега В.С. Акустические параметрь! струйньїх течений в местах повреждения трубопроводов / В.С. Чернега, В.Н. Хоролич // Прикладні задачі математики і механіки. - Севастополь: Вид-воThe method relates to the field of detection of weak signals against the background of strong interference and is intended for 2 use in acoustic devices for detecting leaks in underground pipelines. The basis of the operation of such devices is the method of detecting weak acoustic signals that arise in places of pipeline leakage (V.S. Chernega, Acoustic parameter! and mechanics - Sevastopol: Ed
СевнтуУ, 2003. - с.207-209). 70 Відомий спосіб виявлення слабих сигналів на фоні потужних перешкод, заснований на накопиченні у часовій області відліків суміші сигналу з перешкодою |Зюко А.Г., Коробов Ю.Ф. Теория передачи сигналов. - М.: Связь, 1972 (стр.93-96)). При такому способі обробки сигналів відношення сигнал/перешкода збільшується пропорційно кількості циклів накопичення, при умові, що відліки перешкоди незалежні. Однак цей спосіб не забезпечує допустимої імовірності пропуску сигналу протікання при випадкових змінах фази і амплітуди акустичного сигналу 12 протікання, які характерні для акустичних коливань в місцях протікання трубопроводу. Вказаний спосіб виявлення сигналів взято за прототип.SevntuU, 2003. - pp. 207-209). 70 A well-known method of detecting weak signals against the background of powerful interference, based on the accumulation in the time domain of readings of a mixture of a signal with an interference |Zyuko A.G., Korobov Yu.F. Theory of signal transmission. - M.: Svyaz, 1972 (pp. 93-96)). With this method of signal processing, the signal/interference ratio increases proportionally to the number of accumulation cycles, provided that the interference counts are independent. However, this method does not provide an acceptable probability of passing the leakage signal at random changes in the phase and amplitude of the acoustic signal 12 of the leakage, which are characteristic of acoustic vibrations in the places of pipeline leakage. The specified method of detecting signals is taken as a prototype.
У основу винаходу поставлена задача зниження імовірності пропуску сигналу протікання при високому рівні перешкоди, тобто коли рівень сигналу в десятки разів нижче за перешкоду. Поставлена задача вирішується за рахунок обчислення дійсної і уявної частин спектра реалізації сигналу з перешкодою, роздільного їх підсумовування протягом ряду циклів, обчислення модуля усередненого накопиченого енергетичного спектра і порівняння його максимальної спектральної компоненти з порогом, а також фіксування числа циклів до досягнення максимальною спектральною компонентою накопиченого спектра порогового значення, тобто виявлення сигналу протікання, потім обчислення модуля накопиченого спектра повторюється при фіксованій кількості циклів накопичення в різних місцях над трасою трубопроводу до знаходження точки з максимальним с 22 значенням спектральної компоненти, що знайдена на попередньому етапі виявлення. Го)The basis of the invention is the problem of reducing the probability of passing a leakage signal at a high level of interference, that is, when the signal level is ten times lower than the interference. The task is solved by calculating the real and imaginary parts of the spectrum of the implementation of the signal with interference, summing them separately during a number of cycles, calculating the modulus of the averaged accumulated energy spectrum and comparing its maximum spectral component with the threshold, as well as fixing the number of cycles until the maximum spectral component of the accumulated spectrum is reached threshold value, i.e. the detection of the leakage signal, then the calculation of the module of the accumulated spectrum is repeated with a fixed number of accumulation cycles in different places over the pipeline route until finding the point with the maximum c 22 value of the spectral component found at the previous stage of detection. Go)
Суть запропонованого способу полягає в наступному. Здійснюється перетворення механічних коливань грунту в електричний сигнал і його підсилення. Додаються операції обчислення дійсної Х ДІК) і уявної Х УК) частин миттєвого спектра М-точкової миттєвої часової вибірки суміші сигналу протікання і шуму потоку рідини в зо трубопроводі хІпі, п-0, 1,..., М-1, за формулами вThe essence of the proposed method is as follows. The mechanical vibrations of the soil are converted into an electrical signal and its amplification. Operations for calculating the real Х ДИК) and imaginary Х УК) parts of the instantaneous spectrum of the M-point instantaneous time sample of the mixture of the flow signal and the noise of the liquid flow in the pipeline хИпи, н-0, 1,..., М-1, according to the formulas in
М-1 хдіЧ- УхІпІсовіояки/ м) юM-1 khdiCh- UkhIpIsovioyaky/ m) yu
Гей Ге)Hey Hey)
ЩА ху. Хі віпіглки М) ФWHAT? Хипиглки M) F
Гі яед 3о Потім проводиться підсумовування з накопиченням дійсної Х ДдіІКІ і уявної ХУЇК| складових миттєвих спектрів в на протязі К циклів таким чином:Gi yaed 3o Then a summation is performed with the accumulation of real X DdiIKI and imaginary HUIKI| components of the instantaneous spectra in the course of K cycles as follows:
К хднік|- Мхдік) « ініK khdnik|- Mkhdik) « ini
КK
70 хуцкІ- Ух) що с і-ї70 khutskI- Uh) that s and-i
Із» У зв'язку з тим, що часові відліки перешкоди є незалежними, то дійсні і уявні компоненти спектрів перешкоди мають випадкову величину та знак і, внаслідок цього, в процесі накопичуючого підсумовування спектральних складових взаємно компенсуються. Сигнал протікання, не дивлячись на випадковість коливань 49 його амплітуди і фази, містить регулярні частотні складові, які внаслідок накопичуючого підсумовування будуть і зростати. У зв'язку з цим через К циклів накопичення відношення сигнал/шум зростає і тим самим зростає (се) імовірність виявлення і зменшується імовірність пропуску сигналу протікання. со Для обчислення модуля усередненого накопиченого енергетичного спектра дійсна Х дніК) і уявна Х уніК) частини зводяться в квадрат, підсумовуються, із суми витягується квадратний корінь і потім здійснюється с 20 усереднення накопиченого спектра шляхом поділу його компонент на кількість циклів накопичення. Після цього здійснюється визначення частоти (індексу) спектральної компоненти з максимальним рівнем і порівняння рівня т компоненти із пороговим значенням. У момент досягнення рівня компоненти порогового значення проводиться відключення процедури накопичення. Таким чином число циклів обробки накопиченням К є змінним.From" Due to the fact that the interference time counts are independent, the real and imaginary components of the interference spectra have a random value and sign and, as a result, in the process of accumulative summation of the spectral components, they are mutually compensated. The flow signal, despite the randomness of its amplitude and phase fluctuations, contains regular frequency components that will continue to grow as a result of cumulative summation. In this regard, through K accumulation cycles, the signal-to-noise ratio increases, thereby increasing (se) the probability of detection and decreasing the probability of missing a leak signal. To calculate the modulus of the averaged accumulated energy spectrum, the real X dniK) and imaginary X uniK) parts are squared, summed, the square root is extracted from the sum, and then the accumulated spectrum is averaged by dividing its components by the number of accumulation cycles. After that, the frequency (index) of the spectral component with the maximum level is determined and the level of the t component is compared with the threshold value. When the component reaches the threshold value, the accumulation procedure is turned off. Thus, the number of cycles of K accumulation processing is variable.
Порогова величина формується наступним чином. Протягом декількох циклів вимірювань, попередніх КThe threshold value is formed as follows. During several cycles of measurements, previous K
Циклам накопичення, визначається максимальне значення спектральної складової енергетичного спектра, якеAccumulation cycles, the maximum value of the spectral component of the energy spectrum is determined, which
ГФ) зберігається на час подальших К циклів накопичення. Значення максимального викиду множиться на коефіцієнт надійності і таким чином обчислюється порогове значення. о Досягнення сигнальною спектральною компонентою порогового рівня означає, що на трасі з великою імовірністю присутній витік. Для точного виявлення місця протікання оператор встановлює постійну кількість 60 циклів вимірювань, рівну кількості циклів К, яка зафіксована в процесі виявлення сигналу, і продовжує вимірювання та обробку накопиченням акустичних сигналів шуму трубопроводу. Оператор розміщує чутливий елемент шукача протікань над трасою трубопроводу і проводить за допомогою дисплейного індикатора вимірювання сигнальної компоненти сигналу протікання за фіксовану кількість циклів обробки, переміщаючись вздовж траси трубопроводу у бік збільшення сигналу. Точка з максимальним рівнем сигналу і є місце витоку. бо На Фігурі 1 приведена структурна електрична схема пристрою для реалізації запропонованого способу виявлення і локалізації акустичних сигналів протікання підземних трубопроводів.GF) is stored for the duration of further K accumulation cycles. The value of the maximum emission is multiplied by the reliability factor and thus the threshold value is calculated. o Reaching the threshold level by the signal spectral component means that there is a high probability of a leak on the route. To accurately detect the location of the leak, the operator sets a constant number of 60 measurement cycles, equal to the number of K cycles recorded in the signal detection process, and continues the measurement and processing by accumulating acoustic signals of pipeline noise. The operator places the sensitive element of the leak detector above the pipeline route and uses the display indicator to measure the signal component of the leakage signal for a fixed number of processing cycles, moving along the pipeline route in the direction of increasing signal. The point with the maximum signal level is the place of the leak. because Figure 1 shows the structural electrical diagram of the device for implementing the proposed method of detection and localization of acoustic signals of the flow of underground pipelines.
Пристрій містить послідовно з'єднані чутливий елемент 1 з підсилювачем 2, блок обчислення дійсної частини спектра сигналу з шумом З і блок обчислення уявної частини спектра сигналу з шумом 4, входи яких об'єднані і підключені до виходу підсилювача 2, до виходів блоків З і 4 підключені ланцюжки послідовно з'єднаних накопичуючих суматорів 5 і б, квадраторів 7 і 8, виходи першого 7 і другого 8 квадраторів відповідно приєднані до першого і другого входів суматора 9, вихід якого з'єднаний із послідовно включеними блоком добування квадратного кореня 11, дільником 13, блоком управління дисплейним індикатором 16 і дисплейним індикатором 18, в пристрій додатково введені лічильник циклів обробки 10, вихід якого з'єднаний з другим /0 входом дільника 13, послідовно з'єднані блок фіксації максимального викиду спектральної компоненти суміші сигналу з шумом 12, блок множення 15 і пороговий елемент 17, а також блок зберігання постійного множника 14, причому вхід блоку фіксації максимального викиду 12 з'єднаний з виходом дільника 13, а його вихід - з першим входом блоку множення 15, другий вхід якого сполучений з блоком зберігання постійного множника 14, перший вхід порогового елемента 17 з'єднаний з виходом дільника 13, а другий - з виходом блока множення 15, вихід 7/5 порогового елемента підключений до керуючого входу "Зупинка" лічильника циклів 10.The device contains a series-connected sensitive element 1 with an amplifier 2, a block for calculating the real part of the signal spectrum with noise C and a block for calculating the imaginary part of the signal spectrum with noise 4, the inputs of which are combined and connected to the output of the amplifier 2, to the outputs of blocks C and 4 connected chains of serially connected accumulating adders 5 and b, squares 7 and 8, the outputs of the first 7 and second 8 squares, respectively, are connected to the first and second inputs of the adder 9, the output of which is connected to the series-connected square root extracting unit 11, divider 13, the control unit of the display indicator 16 and the display indicator 18, the processing cycle counter 10 is additionally introduced into the device, the output of which is connected to the second /0 input of the divider 13, the unit for fixing the maximum emission of the spectral component of the signal-noise mixture 12 is connected in series, multiplication block 15 and threshold element 17, as well as a constant multiplier storage block 14, and the input of the maximum emission fixation block 12 connected to the output of the divider 13, and its output - to the first input of the multiplication block 15, the second input of which is connected to the storage block of the constant multiplier 14, the first input of the threshold element 17 is connected to the output of the divider 13, and the second - to the output of the multiplication block 15, the output 7/5 of the threshold element is connected to the control input "Stop" of the cycle counter 10.
Пристрій для реалізації запропонованого способу працює таким чином. По сигналу "Пуск" лічильник циклів встановлюється в нульовий стан і починається процес виявлення сигналу протікання. Акустичні коливання грунту над пошкодженим трубопроводом перетворюються чутливим елементом в електричні, які посилюються в блоці 2 і подаються на обробку на входи блоків обчислення дійсної З і уявної 4 частин спектра. Дійсна і уявна спектральні складові підсумовуються з урахуванням знака в накопичуючих суматорах 5 і 6. Потім накопичені значення зводяться в квадрат в блоках 7 і 8 і за допомогою суматора 9 і блоку добування кореня 11 обчислюється модуль сумарного енергетичного спектра за ряд циклів. За допомогою дільника 13 обчислюється середнє значення модуля спектра шляхом розділення кожної складової спектра на кількість циклів накопичення.The device for implementing the proposed method works as follows. At the "Start" signal, the cycle counter is set to zero and the process of detecting the leakage signal begins. The acoustic vibrations of the soil above the damaged pipeline are converted by a sensitive element into electric ones, which are amplified in unit 2 and fed to the inputs of the units for calculating the real Z and imaginary 4 parts of the spectrum for processing. The real and imaginary spectral components are summed taking into account the sign in accumulating adders 5 and 6. Then the accumulated values are squared in blocks 7 and 8 and with the help of adder 9 and the root extracting block 11 the module of the total energy spectrum is calculated for a number of cycles. Using the divider 13, the average value of the spectrum module is calculated by dividing each component of the spectrum by the number of accumulation cycles.
Обчислений енергетичний спектр за допомогою блоку управління 16 відображається на екрані дисплейного с об індикатора 18. Максимальне значення виділеної спектральної складової сигналу порівнюється з пороговим значенням в елементі 17. У момент перевищення гармонікою сигналу витоку порогового рівня на виході і) порогового елемента 17 з'являється імпульс, який по лінії "Зупинка" зупиняє лічильник циклів 10 і сам процес вимірювань.The calculated energy spectrum using the control unit 16 is displayed on the display screen of the indicator 18. The maximum value of the selected spectral component of the signal is compared with the threshold value in the element 17. When the harmonics of the leakage signal exceed the threshold level at the output i) of the threshold element 17, a pulse appears , which on the "Stop" line stops the 10-cycle counter and the measurement process itself.
Для визначення порогового значення виконується наступна процедура. Протягом п'яти циклів вимірювань ї- зо (один цикл має протяжність сек і містить 10000 відліків) визначається максимальне значення викиду спектральної складової суміші сигналу з перешкодою і запам'ятовується в блоці 12. Значення максимального о викиду множиться в блоці множення 15 на коефіцієнт надійності, який зберігається в блоці зберігання б постійного множника 14 (він вибирається експериментальним шляхом і встановлюється в межах від 1,5 до 2).To determine the threshold value, the following procedure is performed. During five cycles of IO measurements (one cycle has a length of seconds and contains 10,000 readings), the maximum emission value of the spectral component of the mixture of the signal with interference is determined and stored in block 12. The value of the maximum emission is multiplied in multiplication block 15 by the reliability coefficient , which is stored in the storage unit b of a constant multiplier of 14 (it is selected experimentally and is set in the range from 1.5 to 2).
Вихідне напруження блока перемноження 15 є пороговим значенням, яке подається на вхід опорного сигналу МеThe output voltage of the multiplication unit 15 is the threshold value that is applied to the input of the reference signal Me
Зв порогового елемента 17. ї-From threshold element 17. i-
При локалізації місця витоку пристрій функціонує аналогічно. Однак в процесі пошуку максимуму сигнальної компоненти протікання вихід порогового елемента 17 відключається від лічильника циклів 10, а кількість циклів задається оператором і в процесі пошуку залишається незмінним.When locating the leak, the device functions similarly. However, in the process of searching for the maximum of the signal component of the flow, the output of the threshold element 17 is disconnected from the cycle counter 10, and the number of cycles is set by the operator and remains unchanged during the search.
Для синхронізації роботи пристрою використовується блок синхронізації і управління, який на схемі не « 470 Вказаний. з с На Фігурі 2 показаний на дисплейному індикаторі 18 спектр сигналу витоку з перешкодою при відношенні . сигнал/шум рівним 0.1, а на Фігурі З - накопичений усереднений спектр сигналу з перешкодою після 46 циклів и?» накопичення. Як видно з Фігури З процес обробки дійсної і уявної частин спектра з накопиченням дозволяє виділити сигнальні компоненти із перешкоди (три гармонічних складових) і знизити імовірність пропуску сигналу при відношенні сигнал/шум менше за 1/10 до величини 3107, тобто три випадки на десять тисяч вимірювань. -І (Се)To synchronize the operation of the device, a synchronization and control block is used, which is not shown in the diagram " 470. with c In Figure 2, the spectrum of the leakage signal with interference at the ratio is shown on the display indicator 18. signal/noise equal to 0.1, and Figure C shows the accumulated averaged spectrum of the signal with interference after 46 cycles and? accumulation. As can be seen from Figure C, the process of processing the real and imaginary parts of the spectrum with accumulation allows you to isolate the signal components from the interference (three harmonic components) and reduce the probability of signal failure when the signal-to-noise ratio is less than 1/10 to the value of 3107, i.e. three cases out of ten thousand measurements. -I (Se)
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA20040706243A UA79957C2 (en) | 2004-07-27 | 2004-07-27 | Method for detection and localization of acoustic signals of leaking of underground pipelines |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA20040706243A UA79957C2 (en) | 2004-07-27 | 2004-07-27 | Method for detection and localization of acoustic signals of leaking of underground pipelines |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA79957C2 true UA79957C2 (en) | 2007-08-10 |
Family
ID=38578731
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UA20040706243A UA79957C2 (en) | 2004-07-27 | 2004-07-27 | Method for detection and localization of acoustic signals of leaking of underground pipelines |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA79957C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2754244C1 (en) * | 2020-11-13 | 2021-08-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" | Method for localization of unauthorized loss of working medium in pipeline based on the amplitude-time analysis and correlation of vibroacoustic signals |
-
2004
- 2004-07-27 UA UA20040706243A patent/UA79957C2/en unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2754244C1 (en) * | 2020-11-13 | 2021-08-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" | Method for localization of unauthorized loss of working medium in pipeline based on the amplitude-time analysis and correlation of vibroacoustic signals |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2020091269A (en) | Delivery pipe leakage monitoring device and method | |
| US20130213482A1 (en) | Method for acoustically localizing leaks in piping systems | |
| JP5507903B2 (en) | Seismic intensity estimation method and apparatus | |
| UA79957C2 (en) | Method for detection and localization of acoustic signals of leaking of underground pipelines | |
| RU2685578C1 (en) | Method for remote monitoring and diagnostics of condition of structures and engineering structures and device for its implementation | |
| JP2575810B2 (en) | Valve leak monitoring device | |
| UA79956C2 (en) | Appliance for detection and localization of acoustic signals of leaking of underground pipelines | |
| RU2503937C1 (en) | Method to define distance to place of leakage of underground pipeline and device for its realisation | |
| RU2628672C1 (en) | Method for leak tightness control and determining leak point coordinate in product pipeline and device for its implementation | |
| Xie et al. | The analysis of additive noise of thermal test low-frequency cable fault detection based on M sequence correlation algorithm | |
| Prihtiadi et al. | A simple method to determine leakage location in water distribution based on pressure profiles | |
| RU86316U1 (en) | MAGNETIC DEFECTOSCOPE FOR MONITORING UNDERGROUND METAL PIPELINES | |
| KR20190090585A (en) | Diagnosis method of sturcture and diagnosis system using nonlinear spectral correlation | |
| CN113962046A (en) | Gas pipe network anomaly detection system and method | |
| RU2650747C1 (en) | Method and device for determining the location of the pipeline passage | |
| RU2414689C1 (en) | Apparatus for determining leakage point in city heat supply network pipes | |
| RU2229139C1 (en) | Method of spectral analysis of complex non-sinusoidal periodic signals presented by digital readings | |
| CN105134178A (en) | Oil well liquid level measuring method and device | |
| JPH01276037A (en) | Detecting device for leakage of water | |
| Sapre et al. | Water pipeline monitoring on cloud & leakage detection with a portable device | |
| RU2291345C1 (en) | Apparatus for determining location and time of occurring leakage in main pipelines | |
| RU2620023C1 (en) | Method of determining the place of the flow in the pipeline and the device for its implementation | |
| RU2047815C1 (en) | Device for location of leaks in underground lines | |
| Faerman et al. | Overview of frequency bandwidth determination techniques of useful signal in case of leaks detection by correlation method | |
| RU2117954C1 (en) | Signal-to-noise ratio meter |