CN107990152A - 一种基于同点双传感器的气体管道泄漏定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于同点双传感器的气体管道泄漏定位方法，在待测管道的一端同一位置点安装介入式次声波传感器和非介入式次声波传感器，并建立待测管道中基于同点双传感器的泄漏定位公式；通过介入式次声波传感器采集沿管内气体介质传播的第一次声波信号，非介入式传感器采集沿管壁传播的第二次声波信号；通过计时器得到采集两个次声波信号的时间差；若泄漏发生，根据两个次声波信号的传播速度和时间差，采用泄漏定位公式对管道泄漏进行定位。本发明通过在待测管道的一端同一位置点设置介入式次声波传感器和非介入式次声波传感器，解决了传感器必须布置在管道两端，导致的采样点设置密度增加的问题。

Description

一种基于同点双传感器的气体管道泄漏定位方法

技术领域

本发明属于气体管道声波法泄漏监测技术领域，尤其涉及一种基于同点双传感器的气体管道泄漏定位方法。

背景技术

目前用于气体管道泄漏定位的方法有很多，其中声波法具有诸多优势，是目前研究的热点，传统声波法需要将传感器安装在管道两端，然后通过求解声速和声波到达管道两端的时间差实现泄漏的准确定位。国内外研究大都是针对声速以及时间差求解精确度的提高进行的，但由于传感器安装在管道两端时，需要保证采集数据的同时，目前来说较为困难，而针对传感器同点安装研究较少。根据调研，现阶段国内外涉及声波法的气体管道泄漏定位方法的专利主要有：

美国专利US6389881公开了一种基于音波技术的管道实时泄漏检测装置和方法，该技术利用传感器采集管内动态压力，采用模式匹配滤波技术对信号进行滤波处理，排除噪声，降低干扰，提高了定位精度。

中国专利CN104132248公开了一种流体管道泄漏检测定位方法，该方法在被测管道上至少设置有两个传感装置，两个传感装置之间间隔一定距离，且两个传感装置能够同时对两个方向上的管道声振动进行感应，进而通过求解两个传感装置两个方向上共四个信号之间的时间差对泄漏进行定位。

中国专利201510020155.6公开了一种基于声波幅值的油气管道泄漏定位方法，该方法采用经过小波分析处理后得到低频段声波幅值来进行泄漏检测和定位，建立了泄漏声波在油气管道介质内的传播模型，提出了一种不考虑声速及时间差的泄漏定位方法。

综述所述，现有技术对气体管道泄漏定位是将传感器布置在管道两端，使泄漏声波信号传播到管道两端才能被采集处理和定位，在管道两端安装传感器增加了采样点设置密度，安装成本高，降低了声波法推广的可行性和适用性。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于同点双传感器的气体管道泄漏定位方法，解决现阶段传感器必须安装在管道两端的问题，降低了安装成本，增加声波法的可行性和适用性。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于同点双传感器的气体管道泄漏定位方法，包括以下步骤：

步骤1：在待测管道的一端同一位置点安装介入式次声波传感器和非介入式次声波传感器，并建立待测管道中基于同点双传感器的泄漏定位公式；

步骤2：通过介入式次声波传感器采集气体管道泄漏时沿管内气体介质传播的第一次声波信号，非介入式传感器采集气体管道泄漏时沿管壁传播的第二次声波信号；

步骤3：通过计时器得到采集第一次声波信号和第二次声波信号的时间差；

步骤4：若泄漏发生，根据两个次声波信号的传播速度和时间差，采用步骤1中的泄漏定位公式对管道泄漏进行定位。

进一步的，所述步骤1中，在待测管道一端同一位置点安装介入式次声波传感器和非介入式次声波传感器，所述介入式次声波传感器通过磁性基座吸附固定安装于气体管道管壁内侧，用于采集沿管内气体介质传播的第一次声波信号；所述非介入式次声波传感器通过磁性基座吸附固定安装于气体管道管壁外侧，用于采集沿管壁传播的第二次声波信号。

进一步的，所述第一次声波信号和第二次声波信号分别为纵波。

进一步的，所述泄漏定位公式的建立过程如下：

若待测管段中某点发生泄漏，通过管道运行状况得到第一次声波信号在管内气体介质中的传播速度c₁；通过管道材质、管壁厚度得到第二次声波信号在管壁中的传播速度c₂，且两个次声波信号之间的时间差为Δt，则泄漏定位公式为：

进一步的，所述将通过计时器得到采集第一次声波信号和第二次声波信号的时间差，包括：

通过计时器标记介入式次声波传感器采集到第一次声波信号的时间和非介入式传感器采集到第二次声波信号的时间；

根据计时器标记的时间，计算采集第一次声波信号和第二次声波信号的时间差。

进一步的，所述根据两个次声波信号的传播速度和时间差，采用步骤1中的泄漏定位公式对管道泄漏进行定位，包括：

通过管道运行状况得到第一次声波信号在管内气体介质中的传播速度c₁；通过管道材质、管壁厚度得到第二次声波信号在管壁中的传播速度c₂，两个次声波信号采集的时间差为Δt，则泄漏位置为：

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过在待测管道的一端同一位置点设置介入式次声波传感器和非介入式次声波传感器，重新建立基于同点双传感器的泄漏定位公式，根据次声波信号在气体介质中传播的声速和在管壁中传播的声速，以及两个次声波信号之间的时间差，进行泄漏定位，降低了安装成本，增加了泄漏定位方法的可行性和适用性；

(2)本发明方法简单，操作方便，通过在待测管道的一端同一位置点设置介入式次声波传感器和非介入式次声波传感器，解决了传感器必须布置在管道两端，导致的采样点设置密度增加的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，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。

图1是本发明实施例公开的基于同点双传感器的气体管道泄漏定位方法流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在对气体管道泄漏定位是将传感器布置在管道两端，使泄漏声波信号传播到管道两端才能被采集处理和定位，在管道两端安装传感器增加了采样点设置密度，安装成本高，降低了声波法推广的可行性和适用性的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种基于同点双传感器的气体管道泄漏定位方法。

如图1所示，本实施例提供了一种基于同点双传感器的气体管道泄漏定位方法，该基于同点双传感器的气体管道泄漏定位方法所基于的基于同点双传感器的气体管道泄漏定位***，包括介入式次声波传感器、非介入式次声波传感器、计时器、信号调理器、滤波器、模数转换器、数据传输媒质和中控计算机，所述介入式次声波传感器和非介入式次声波传感器安装在待测管道的一端同一位置点，所述介入式次声波传感器用于采集沿管内气体介质传播的次声波信号，所述非介入式次声波传感器用于采集气体管道泄漏时沿管壁传播的次声波信号，所述计时器标记非介入式次声波传感器采集到的次声波信号的时间，所述信号调理器为介入式次声波传感器和非介入式次声波传感器提供电源并进行信号调理，所述滤波器将次声波信号中的背景噪音和干扰滤除，所述模数转换器将传感器采集到的电信号转换为数字信号，转换后的数字信号通过所述数据传输媒质传输至所述中控计算机，进行数据存储和分析。

该***中介入式次声波传感器和非介入式次声波传感器安装在待测管道的一端同一位置点，介入式次声波传感器通过磁性基座吸附固定安装于气体管道管壁内侧，通过感测气体管道泄漏时沿管内气体介质传播的次声波信号，非介入式次声波传感器通过磁性基座吸附固定安装于气体管道管壁内侧，通过感测气体管道泄漏时沿管壁传播的次声波信号进行泄漏检测，二者同时检测，具体工作过程为：介入式次声波传感器和非介入式次声波传感器分别通过磁性基座吸附在待测管道上，保护壳旋紧使受力隔膜紧贴待测管道，感测沿气体介质传播的次声波信号或沿管壁传播的次声波信号，产生振动位移，使与其接触的加速度补偿块产生振动加速度，进而使压电晶体产生变形从而产生电荷，通过电极引导，传导电路传输和集成电路放大器放大，最后通过信号输出端输出信号。

本发明通过安装在待测管道的一端同一位置点的介入式次声波传感器和非介入式次声波传感器，感测气体管道泄漏时沿管内气体介质传播的次声波信号和沿管壁传播的次声波信号进行泄漏检测，避免了在管道上打孔安装，从而不影响现行管道的运行和流动状况。

该基于同点双传感器的气体管道泄漏定位方法包括以下步骤：

步骤101：在待测管道的一端同一位置点安装介入式次声波传感器和非介入式次声波传感器，并建立待测管道中基于同点双传感器的泄漏定位公式；

步骤102：通过介入式次声波传感器采集气体管道泄漏时沿管内气体介质传播的第一次声波信号，非介入式传感器采集气体管道泄漏时沿管壁传播的第二次声波信号；

步骤103：通过计时器得到采集第一次声波信号和第二次声波信号的时间差；

步骤104：若泄漏发生，根据两个次声波信号的传播速度和时间差，采用步骤1中的泄漏定位公式对管道泄漏进行定位。

在本实施例中，为了改进由于将传感器布置在管道两端，使泄漏声波信号传播到管道两端才能被采集处理和定位，在管道两端安装传感器增加了采样点设置密度，安装成本高，降低了声波法推广的可行性和适用性的缺陷，在待测管道一端同一位置点安装介入式次声波传感器和非介入式次声波传感器，所述介入式次声波传感器通过磁性基座吸附固定安装于气体管道管壁内侧，用于采集沿管内气体介质传播的第一次声波信号；所述非介入式次声波传感器通过磁性基座吸附固定安装于气体管道管壁外侧，用于采集沿管壁传播的第二次声波信号。其中，该第一次声波信号和第二次声波信号分别为纵波。

在本实施例中，建立所述泄漏定位公式的过程如下：

若待测管段中某点发生泄漏，通过管道运行状况得到第一次声波信号在管内气体介质中的传播速度c₁；通过管道材质、管壁厚度得到第二次声波信号在管壁中的传播速度c₂，且两个次声波信号之间的时间差为Δt，则泄漏定位公式为：

因此，在对气体管道泄漏进行定位时，需要确定待测管道的以下运行参数：第一次声波信号在气体介质中传播的声速、第二次声波信号在管壁中传播的声速，且两个次声波信号之间的时间差。

为了得到两个次声波信号之间的时间差，先通过计时器标记介入式次声波传感器采集到第一次声波信号的时间和非介入式传感器采集到第二次声波信号的时间；然后根据计时器标记的时间，计算采集第一次声波信号和第二次声波信号的时间差。

在求解泄漏位置时，本发明采用现有的方法检测和判断管道是否发生泄漏。如可利用中控计算机根据采集到的第一次声波信号和第二次声波信号，判断管道是否发生泄漏。

若该管道发生泄漏，则根据两个次声波信号的传播速度和时间差，采用泄漏定位公式对管道泄漏进行定位。对管道泄漏进行定位具体过程包括：

通过管道运行状况得到第一次声波信号在管内气体介质中的传播速度c₁；通过管道材质、管壁厚度得到第二次声波信号在管壁中的传播速度c₂，两个次声波信号采集的时间差为Δt，则泄漏位置为：

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

(1)本发明通过在待测管道的一端同一位置点设置介入式次声波传感器和非介入式次声波传感器，重新建立基于同点双传感器的泄漏定位公式，根据次声波信号在气体介质中传播的声速和在管壁中传播的声速，以及两个次声波信号之间的时间差，进行泄漏定位，降低了安装成本，增加了泄漏定位方法的可行性和适用性；

(2)本发明方法简单，操作方便，通过在待测管道的一端同一位置点设置介入式次声波传感器和非介入式次声波传感器，解决了现阶段传感器必须布置布置在管道两端，导致的采样点设置密度增加的问题。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种基于同点双传感器的气体管道泄漏定位方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1：在待测管道的一端同一位置点安装介入式次声波传感器和非介入式次声波传感器，并建立待测管道中基于同点双传感器的泄漏定位公式；

步骤2：通过介入式次声波传感器采集气体管道泄漏时沿管内气体介质传播的第一次声波信号，非介入式传感器采集气体管道泄漏时沿管壁传播的第二次声波信号；

步骤3：通过计时器得到采集第一次声波信号和第二次声波信号的时间差；

步骤4：若泄漏发生，根据两个次声波信号的传播速度和时间差，采用步骤1中的泄漏定位公式对管道泄漏进行定位。

2.根据权利要求1所述的基于同点双传感器的气体管道泄漏定位方法，其特征是，所述步骤1中，在待测管道一端同一位置点安装介入式次声波传感器和非介入式次声波传感器，所述介入式次声波传感器通过磁性基座吸附固定安装于气体管道管壁内侧，用于采集沿管内气体介质传播的第一次声波信号；所述非介入式次声波传感器通过磁性基座吸附固定安装于气体管道管壁外侧，用于采集沿管壁传播的第二次声波信号。

3.根据权利要求2所述的基于同点双传感器的气体管道泄漏定位方法，其特征是，所述第一次声波信号和第二次声波信号分别为纵波。

4.根据权利要求1所述的基于同点双传感器的气体管道泄漏定位方法，其特征是，所述泄漏定位公式的建立过程如下：

若待测管段中某点发生泄漏，通过管道运行状况得到第一次声波信号在管内气体介质中的传播速度c₁；通过管道材质、管壁厚度得到第二次声波信号在管壁中的传播速度c₂，且两个次声波信号之间的时间差为Δt，则泄漏定位公式为：

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5.根据权利要求1所述的基于同点双传感器的气体管道泄漏定位方法，其特征是，所述将通过计时器得到采集第一次声波信号和第二次声波信号的时间差，包括：

通过计时器标记介入式次声波传感器采集到第一次声波信号的时间和非介入式传感器采集到第二次声波信号的时间；

根据计时器标记的时间，计算采集第一次声波信号和第二次声波信号的时间差。

6.根据权利要求1所述的基于同点双传感器的气体管道泄漏定位方法，其特征是，

所述根据两个次声波信号的传播速度和时间差，采用步骤1中的泄漏定位公式对管道泄漏进行定位，包括：

通过管道运行状况得到第一次声波信号在管内气体介质中的传播速度c₁；通过管道材质、管壁厚度得到第二次声波信号在管壁中的传播速度c₂，两个次声波信号采集的时间差为Δt，则泄漏位置为：

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