DE3112829C2

DE3112829C2 - Verfahren und Geräte zur Ortung von Rohschäden mit wenigstens einem Mikrophon

Info

Publication number: DE3112829C2
Application number: DE3112829A
Authority: DE
Inventors: Eugen Ing.(grad.) 8601 Baunach Jäckle
Original assignee: Seba Dynatronic Mess und Ortungstechnik GmbH
Current assignee: Seba Dynatronic Mess und Ortungstechnik GmbH
Priority date: 1981-03-31
Filing date: 1981-03-31
Publication date: 1986-01-16
Also published as: GB2099995A; ATA122482A; FR2503363B1; CH667737A5; DD202210A5; DE3112829A1; JPH0230455B2; US4457163A; GB2099995B; AT386669B; JPS5832108A; FR2503363A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und Gerät zur Ortung von Rohrschäden durch Abhorchung des das schadhafte Rohr umgebenden Erdreichs und Erfassung des Austrittsgeräusches mittels Mikrophonen, die am Eingang eines Verstärkers angeordnet sind, der eine Anzeige für das Ge räusch maximum ansteuert. Die Erfindung besteht darin, daß in einem ersten Verfahrensschritt das vom Verstärker erfaßte Geräuschmaximum jeder Meßstelle einem digitalen Meßwertspeicher zugeführt wird, der ein Histogramm der Geräuschverteilung längs der Meßstrecke über dem Rohr anzeigt und daß in einem zweiten Verfahrensschritt die Haupt- und Vorzugsfrequenz der lautesten Meßstelle breitbandig ermittelt wird und daß zur Feinortung mit Hilfe eines Oktavfilters aus der breitbandig ermittelten Haupt- und Vorzugsfrequenz die für den Austritt des Mediums charakteristische Frequenz erfaßt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät nach dem Oberbegriff der Pr'entansprüche 1 und 2.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise mit dem Gegenstand der US-PS 36 26 750 bekannt geworden. Bei diesem bekannten Verfahren wird zur Abhorchung eirws schadhaften Rohres an den willkürlichen Stellen jeweils eine Frequenz-Analyse vorgenommen. Man sucht also nicht nach der lautesten Stelle.

Als Anzeigeinstrument wird ein Oszillograph verwendet, der ein nicht speicherbares und schwierig ablesendes Bild ergibt, denn die Bedienungsperson muß sich aus der Vielzahl der Kurvendarstellungen die ihn interessierende Kurve heraussuchen. Beim Übergang von der einen Meßstelle zur anderen muß er dann den bei einer bestimmten Frequenz sich ergebenden Schallwert merken, um diesen Schallwert mit dem an der nächsten Meßstelle gemessenen vergleichen zu können. Bei dem beschriebenen Verfahren wird keine breitbandige Frequenz-Analyse durchgeführt, sondern es müssen die einzelnen Frequenzen nacheinander ausgemessen werden, was zu einer umständlichen und schwierigen Meßmethode führt Mit dem Oszillographen kann nicht der Kulminationspunkt der Lautstärkenverteilung mit einem Blick sichtbar gemacht werden und nachdem keine Speichermöglichkeit besteht, haftet diesem bekannten Verfahren der Nachteil an, nur umständlich handhabbar zu sein und im übrigen eine Reihe von Fehlerquellen zu bieten.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Gerät nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2 so weiterzubilden, daß die betreffende Bedienungsperson unmittelbar und gewissermaßen mit einem Blick, ggf. nach einer Umschaltung, die Amplitudenverteilung und die Frequenzverteilung in den gemessenen Frequenzbändern übersieht Zur Lösung der gestellten Aufgabe dient die im Anspruch 1 wiedergegebene technische Lehre. An der Austrittsstelle des Wasserstrahls aus dem schadhaften Rohr entsteht ein Körperschall, der sich kugelförmig ausbreitet Er gelangt zum einen direkt an die Erdoberfläche und versetzt zum anderen über das Erdreich die Rohrleitung in Schwingung. In Abhängigkeit des Aufpralldruckes, der Mitschwingeeigenschaft des Rohres und der Körperschall-Dämpfung des Erdreichs können so an der Erdoberfläche unterschiedliche Frequenzen mit unterschiedlichen Intensitäten auftreten. Zudem sind in der Nähe von Mauerfundamenten, Kanalschächten und dergleichen Reflexionen anzutreffen, die sich dem eigentlichen Leckgeräusch überlagern. Die Schaii-Leitfähigkeit von Stahl-, Guß- und Kunststoffrohren unterscheidet sich wesentlich. Bei Kunststoffrohren, sei es PVC, PE oder AZ, ist die Schall-Leitfähigkeit sehr gering. Sie kann bei Messungen außer

<c Acht gelassen werden. Diese Situation führt dazu, daß bei der Abhorch-Methode mit Bodenmikrofonen der Abstand der einzelnen Meßpunkte unterschiedlich gehandhabt werden muß. Bei Stahlrohren genügt ein Abstand der einzelnen Meßpunkte von ca. 3 Metern. Bei Gußleitungen sind es IiOm und bei Kunststoffrohren nur noch 0,75 m. Werden beim Abhorchen einer Rohrleitung zu große Abstände zwischen den einzelnen Meßpunkten gewählt, so besteht die Gefahr, eine Leckstelle zu überhören. Vor allem beim Nichtmetallrohr mit der punktuellen Ausbreitungszone des Körperschalls ist mit dieser Schwierigkeit zu rechnen.

Bei der Erfindung wird in einem ersten Verfahrensschritt das vom Verstärker erfaßte Geräuschmaximum jeder Meßstelle einem digitalen Meßwertspeicher zugeführt, der ein Histogramm der Geräuschverteilung längs der Meßstrecke über dem Rohr anzeigt, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt die Haupt- und Vorzugsfrequenz der lautesten Meßstelle breitbandig ermittelt wird, und danach wird zur Feinortung mit Hilfe eines Oktavfilters aus der breitbandig ermittelten Haupt- und Vorzugsfrequenz die für den Austritt des Mediums charakteristische Frequenz erfaßt

Das Gerät besitzt acht Meßwertspeicher, die nacheinander aktiviert werden. An der ersten Meßstelle wird das vom Bodenmikrofon aufgenommene Geräusch außerdem an einer linearen Leuchtdiodenskala angezeigt. Die Skalierung umfaßt einen Bereich 0—10, wobei immer nur der oberste Punkt des erreichten Meßwertes

erscheint Diese Leuchtdiodenskala ist helligkeitsgesteuert, so daß sie auch bei hellem Tageslicht bequem abgelesen werden kann. Bei Nacht entfällt die sonst notwendige Beleuchtung der Skala.

Soll ein Meßwert gespeichert werden, so wird der von der Skala angezeigte Wert von einem elektronischen Speicher übernommen und kann dort über Stunden festgehalten werden. Nun wird die nächste Meßstelle abgehorcht und der dort auftretende Körperschall auf der zweiten Skala angezeigt

Auch dieser Wert wird anschließend gespeichert Auf diese Weise werden nacheinander beispielsweise acht Meßstellen überprüft und deren Meßwerte festgehalten. Nach Aktivierung und Anzeige aller acht Meßwerte können diese alle zur gleichen Zeit betrachtet werden. So erkennt man mühelos die Meßstelle, an der die größte Körperschall-Intensität gemessen wurde. Die Verbindungslinie der oberen Skalenmarkierung zeigt damit ein Lautstärke-Diagramm der untersuchten Strecken an.

Auch bei der Vorortung von Leckstellen am Wasserrohrnetz ist der Meßwertspeicher zu verwenden. Mußten doch bisher die mit dem Taststab an den zugänglichen Kontaktstellen aufgenommenen Werte notiert werden, um die verlustbehaftete Strecke zwischen zwei Abhorchpunkten zu erkennen. Hier wird nun ein Meßwert nach dem anderen gespeichert, um dann in der »Abfragestellung« genaue Auskunft darüber zu erhalten, zwischen welchen Meßpunkten die verlustbehaftete Leitung liegt

Die Stelle der größten Lautstärke muß nicht unbedingt auch die Leckstelle sein. Deshalb ist das an dieser Stelle auftretende Geräusch bzw. Frequenzspektrum zu analysieren, d. h. auf die einzelnen Frequenzanteile zu untersuchen. Dazu werden die acht Leuchtdioden-Skalen jeweils einer bestimmten Frequenz zugeordnet Der Frequenzabstand von Stufe zu Stufe beträgt jeweils 1,5 Oktaven und umfaßt den für die Lecksuche interessierenden Frequenzbereich von 70 Hz bis 1800 Hz.

Die einzelnen Frequenzen sind in einem bevorzugten Ausführun^sbeispiel:

70-106-160-240-360-540-800-1800Hz.

Zur Frequenzanalyse wird das Geophon an der lautstärksten Meßstelle aufgestellt und die Breitbandverstärkung «o gewählt, daß kein Signal über einen Skalenverlauf hinausgeht Nun zeigen die einzelnen Skalen die Intensität der ihnen zugeordneten Frequenzen an. So kann beispielsweise die Haupt- oder Vorzugsfrequenz von Leckgeräuschen ermittelt werden, ohne daß das menschliche Gehör mitwirkt Frequenzen über 600 Hz sind für die Leckortung erfahrungsgemäß ungewöhnlich und müssen daher als Störfrequenz betrachtet werden.

Als nächste Messung erfolgt die Feinortung. Um störende Frequenzer: herausfiltern zu können, ist das Gerät vom bisherigen Breitbandbetrieb in einen Filterverstärker umzuschalten. Es stehen dazu acht hochselektive, im Oktavabstand gewählte, elektronische Filter zur Verfügung. Die durch die Frequenzanalyse ermittelte Leckfrequenz ist an einem der acht Filter einzustellen, so daß der Verstärker jetzt vorzugsweise diese Frequenz verstärkt und andere, d. h. Störfrequenzen, in hohem Maße unterdrückt Damit ist die Gewähr gegeben, daß bei der Feinortung nur die wirklich interessierende Frequenz verstärkt abgehört und gemessen wird. Eine falsche Filtereinstellung, die ohne Frequenzanalyse unvermeidbar ist, ist damit nicht mehr möglich.

Durch das Zusammenwirken dieser drei neuen Baugruppen in Verbindung mit einem seit Jahren in der Praxis bewährten, rauscharmen Verstärker wird eine schnellere und genauere Rohrschadenortung ermöglicht Die Belastung des Meßpersonals wird ebenfalls reduziert und läßt daher auch von dieser Seite eine höhere Effizienz erwarten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnung näher erläutert Es zeigt

ίο Fig. 1 schematisiert das Verfahren nach der Erfindung mit Teilen des Gerätes,

Fig.2 schematisiert die Geräuschkurve (Amplitude in Abhängigkeit von der Entfernung zur Austrittsstelle am Rohr) über einer Schadensstelle am Rohr,
Fig.3 Beispiel der Frequenzanzeige bei der Frequenzanalyse mit Hilfe der Leuchtdiodenanzeiger,

Fig.4 Beschriftung der Balkendiagramm-Anzeige am Gerät,

Fig.5 perspektivische Vorderansicht des Geräts mit halbgeöffnetem Deckel.

In F i g. 1 ist schematisiert ein ühadhaftes Rohr 10 gezeigt das im Erdreich 15 verlegt ist und bei dem an der Austrittsstelle 12, z. B. Wasser in Pfeilrichtung 13 austritt und ein Geräusch in Form einer Kugeb/elle 14 verursacht die sich kugelförmig im Erdreich 15 fortpflan:.: und unter anderem auch zur Oberfläche 16 des Erdreiches 15 gelangt An der Oberfläche ist längs des Rohrverlaufes an der Meßstelle 1 ein Meßmikrofon 11 aufgestellt, das über ein Meßkabel 9 mit einem Analog-Verstärker 17 verbunden ist Der Verstärker 17 arbeitet im ersten Teil des Verfahrens als Analog-Spitzenverstärker, wo das vom Meßmikrofon 11 erfaßte Geräusch-Maximum einem digitalen Speicher 18 zugeführt wird, der das erfaßte Geräusch-Maximum auf der Speicheranzeige 19, und zwar im Balkendiagramm 20, zur Anzeige bringt

Das Balkendiagramm 20 kann entweder aus einer Fluoroszenz-Anzeige oder einer Leuchtdiodenzeile bestehen, wobei jeweils nur der Maximumwert auf der Leuchtdiodenzeile angezeigt wird

Das Meßmikrofon 11 wird nun an den Ort der Meßstelle 2 verschoben, und das Geräusch wird über den Verstärker 17 wiederum erfaßt und das Geräuschmaximum dem Speicher 18 zugeführt, der dieses auf dem Balkendiagramm 21 anzeigt In gleicher Weise wird mit der Meßstelle 3 und dem Balkendiagramm 22 verfahren, ebenso mit der Meßstelle 4, die ihr Geräuschmaximum auf dem Balkendiagramm 23 zur Anzeige bringt; die Meßstellen 5—8 sind den Balkendiagrammen 24—27 zugeordnet

Verbindet man sämtliche Maximumwerte der Balkendiagramme miteinander, dann bekommt man eine Amplitudenkurve 28, wo das Balkendiagramm 24 das Ge-.äuschaiaximum 29 anzeigt. Man weiß nun, daß in der Gegend der Meßstelle 4—5 die schadhafte Steile zu suchen ist

Der Abstand der Meßstellen 1—8 voneinander ergibt sich aus dem Diagramm der F i g. 2. Dort ist ersichtlich, daß bei einem ?^VC-Rohr der Abstand der Meßstellen nicht größer als 75 cm gewählt werden darf, während bei einem Stahlrohr der Abstand der Meßstellen voneinander bis zu 300 cm betragen kann.

Das Meßmikrofon 11 kann nun an den Meßstellen 4—5 noch an mehreren Stellen dichter zusammengesetzt nacheinandei folgend auf dem Erdboden aufgesetzt werden, wodurch wiederum eine weitere Amplitudenkurve auf dem Balkendiagramm 20—27 erzeugt werden kann.

Auf diese Weise kann sehr schnell und sehr genau der Schadensort bzw. die Austrittsstelle 12 in dem schadhaften Rohr 10 vermittelt werden.

Zur Frequenz-Analyse wird der Verstärker 17 umgeschaltet, und das an der lautesten Meßstelle ermittelte Schadensgeräusch wird vom Verstärker auf einen Frequenz-Anaiysator 41 gegeben, der ein — entsprechend Fig.3 — gezeigtes Frequenz-Histogramm auf den Speicher 18 und auf die Balkendiagramme 20—27 erzeugt Hier ist ersichtlich, daß in dem lokalisierten Scha- densgeräusch die Frequenz von 250 Hz vorherrscht

Es handelt sich also um ein Frequenz-Maximum 30, in der Gegend von 240 Hz.

Fig.4 zeigt als Ausführungsbeispiel die Frontbeschriftung der Balkendiagramm-Anzeige, so ersichtlich ist, daß eine normieite Skala von 0—10 vorhanden ist, wobei zunächst acht Messungen gemäß Fig. 1 und der dazugehörenden Beschreibung durchgeführt werden. Am Ort des lautesten Schadengeräusches wird auf Frequenz-Analyse umgeschaltet und es gilt dann der obere Teil der Beschriftung, so daß die am Gerät angeordneten Balkendiagramme sowohl zur Ermittlung des Geräuschmaximums als auch zur Ermittlung der Frequenz-Verteilung im Schadensgeräusch herangezogen werden könnea Es handelt sich also um eine reine Histogramm-Anzeige.

Fig.5 zeigt das Ausfuhrungsbeispiel eines solchen Gerätes, das in einem Gehäuse 21 mit einem, an der Oberseite klappbar angeordneten. Deckel 32 untergebracht ist

In dem Deckel 32 sind der Größe und Formgebung angepaßte Ausschnitte 33 vorgesehen, so daß die in Fig.4 gezeigte Skala mit den Balkendiagrammen 20—27 von außen her sichtbar bei geschlossenem Dekkel 32 ist Die Leuchtdiodenanzeige ist vom Tageslicht abhängig helligkeitsgesteuert, so daß auch bei hellem Licht eine sichere Anzeige und Ablesung möglich ist

Es ist ein Netzschalter 34 zur Einschaltung der Netzwechselspannung vorhanden und auch ein Batterieschalter 35, mit dem das Gerät — unabhängig vom Netz — betrieben werden kann. Femer ist ein Kopfhörer-Anschluß 36 vorhanden, um neben der Lautsprecher-Abhörung noch eine Kopfhörer-Abhörung zu gewährleisten. Zur Frequenz-Fein-Analyse kann ein Oktavfilter 37 eingeschaltet werden, die Normierung auf der Skala erfolgt mit Hilfe des Verstärkungseinstellers 38.

Mit dem Einsteller 39 kann die Kopfhörer-Lautstärke eingestellt werden, während mit dem Umschalter 40 von Frequenz-Analyse auf Geräusch-Maximum-Messung umgeschaltet wiM, und umgekehrt

Das gesamte Gerät ist sehr klein und handlich und bedeutet eine wesentliche Arbeitsersparnis bei der Rohrschadenssuche sowie eine wesentliche Verbesserung der Betriebssicherheit

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Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Ortung von Rohrschäden durch Abhorchting des das schadhafte Rohr (10) umgebenden Erdreichs (15) und Erfassung des Austrittsgeräusches mittels wenigstens eines Mikrophons (11), das am Eingang eines Verstärkers (17) angeordnet ist, der eine optische Anzeige für das Geräuschmaximum ansteuert, wobei an der Meßstelle (1; 8) des Geräuschmaximums eine Frequenzanalyse durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichbleibenden Entfernungen entsprechend dem Material des schadhaften Rohres gewählt werden, daß die Amplitude und die Frequenzen jeder Meßstelle (1; 8) einem digitalen Speicher (18) eingespeichert werden, der eine optische Anzeige ansteuert, die gleichzeitig sichtbar die Amplitudenkurve (28) und die Frequenzen längs des schadhaften Rohres (10) darstellt

2. Gerät zur Ortung von Rohrschäden mit wenigstens einem Mikrophon, dessen Ausgangssignale einer Schaltung mit einem Verstärker mit einer optischen Intensitätsanzeige sowie einem Frequenzanalysator zugeleitet werden, der die ermittelten Frequenzbänder mit Hilfe einer Reihe von optischen Anzeigeelementen anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Meßstelle (1; 8) ein digitaler Speicher (18) zugeordnet ist, in den wahlweise die ortsbezogene Amplitude und die ortsbezogenen Frequenzen einspeicherbar jind, und daß der Ausgang des digitalen Speichers (18) jeweils das oberste, optische Anzeigeelement einer normierten Skala einer Balkenanzeige (20—27) ansteuert

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dsS das Balkendiagramm (20) als Leuchtdiodenzeile ausgebildet ist

4. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Balkendiagramm (20) als Fluoreszenz-Anzeige ausgebildet ist

5. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige des Balkendiagramms (20) in Abhängigkeit vom Tageslicht helligkeitsgesteuert ist

6. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät in einem Gehäuse (31) angeordnet ist, dessen klappbarer Deckel (32) die Bedienungselemente abdeckt und der der Anzahl und Größe der Balkendiagramme (20—27) angepaßte Ausschnitte (33) aufweist.