专利名称：基于音波信号的输气管道泄漏检测装置及检测方法
技术领域：
本发明涉及一种管道泄漏检测装置和检测方法，属于输气管道的安全使用管理、监控和诊断技术领域，利用管道泄漏时产生的音波信号进行泄漏检测，进行故障判断，保护管道的完整性和安全性，从而保障输气管道的安全生产运营。
背景技术：
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管道一般埋地敷设，管道发生泄漏时，不易被及时发现，当管输气体具有可燃性或者毒性时，具有极大的危险性。
现今应用比较广泛的管道泄漏检测方法主要有质量/流量平衡法、应用统计法、瞬态模型法、负压波法、管内智能爬机、分布式光纤法。音波泄漏检测法是近些年来提出的新检测方法，主要是利用传感器采集管内流体音波信号，对信号进行滤波和特征量提取，根据特征量进行泄漏判断，利用互相关法或者GPS时间同步法进行泄漏定位。各检测方法具有不同的特点:
表I泄漏检测方法对比分析表
权利要求
1.一种基于音波信号的输气管道泄漏检测装置，包括音波传感器组、信号调理器、模数转换器、数据传输媒质和中控计算机，音波传感器采用介入式、水平安装于实际输气管线，并通过同轴电缆与信号调理器连接，信号调理器通过电缆与模数转换器相连，数据传输媒质连接模数转换器与中控计算机，信号调理器和模数转换器安装在管道现场，音波传感器采集管内流体动态压力信号，信号调理器为音波传感器提供电源并进行信号调理，模数转换器将音波传感器采集到的电压信号转换为数字信号，转换后的数字信号通过数据传输媒质传输至中控计算机，进行数据存储和分析，中控计算机中安装用LabVIEW软件编写的音波信号显示、滤波、特征提取和泄漏判断程序。
2.如权利要求1所述的基于音波信号的输气管道泄漏检测装置，其特征在于:音波传感器组为动态压力传感器，将动态压力信号转化为电压信号，动态压力传感器的最小测量范围为_80kPa 80kPa，灵敏度下限40mv/kPa，分辨率下限0.6Pa，最低响应频率上限为0.5Hz，最低谐振频率为60kHz，频率范围为IOOHz 30000Hz。
3.如权利要求1所述的基于音波信号的输气管道泄漏检测装置，其特征在于:数据传输媒质包括SCADA系统和GPS时钟，其中SCADA系统用于管道泄漏检测，GPS时钟用于管道泄漏定位，音波信号通过数据传输媒质传送至中控计算机进行数据存储和分析。
4.利用如权利要求1所述的基于音波信号的输气管道泄漏检测装置实现泄漏检测的方法，其特征在于:在待测管线上布设音波传感器，实时采集管线音波信号，经信号调理器和模数转换器得到数字信号，通过数据传输媒质传输至中控计算机，在窗口信号长度内进行滤波，提取音波特征量，与泄漏音波特征量数据库进行对比分析，判断管线是否发生泄漏，管线一旦发生泄漏，系统立即进行报警和泄漏定位，并实时更新泄漏音波特征量数据库。
5.如权利要求4所述的基于音波信号的输气管道泄漏检测方法，其特征在于，所述的音波传感器的布设步骤为: (1)选择输气管线站场，以站场为起点等间距布置四个音波传感器； (2)采集管线正常运行时的背景噪声，计算得到背景噪声幅值负极值的平均值& (3)在站场人工模拟管线 泄漏，采集得到测试泄漏数据，拟合得到泄漏音波信号传播衰减公式:P(x) = +c ,并求得拟合公式中的各参数值，式中，X为泄漏音波信号的传播距离，单位m，P(l为泄漏点处的泄漏声压，单位kPa，p (X)为泄漏音波信号传播X距离后的声压,单位kPa, b、c为拟合系数； (4)选择作为距离阈值，计算p(x)=th，得到距离X，若X大于站场间距，传感器安装在站场，若X小于站场间距，传感器安装间距为X，其中I为影响系数，数值根据具体工况选取，选取原则为在充分突出泄漏特征的前提下使传感器安装间距最大； (5)按照所求间距重新布设音波传感器，确定音波传感器数量。
6.如权利要求4所述的基于音波信号的输气管道泄漏检测方法，其特征在于:窗口信号长度根据泄漏特征量数据库决定，为泄漏音波信号下降沿长度的二倍，即信号从幅值最小值恢复至零值长度的二倍。
7.如权利要求4所述的基于音波信号的输气管道泄漏检测方法，其特征在于:滤波方法为小波滤波，小波基为sym8小波，分解层数为5层，以固定阈值
8.如权利要求4所述的基于音波信号的输气管道泄漏检测方法，其特征在于:进行泄漏判断的信号特征量为滤波后信号幅值P、低频范围尤其是O IOOHz频率内幅值平方积分
全文摘要
本发明公开了一种基于音波信号的输气管道泄漏检测装置及泄漏检测方法。检测装置包括音波传感器组、信号调理器、模数转换器、数据传输媒质与中控计算机；检测方法为在待测管线安装音波传感器采集信号，采集到的音波信号经信号调理器进行信号调理，然后经过模数转换器将电压信号转换为数字信号，转换后的数字信号通过数据传输媒质传输至中控计算机，中控计算机安装以LabVIEW软件编写的音波信号显示、滤波、特征提取和泄漏判断程序。本发明具有成本低，设备灵敏度高，适应性强等优点。
文档编号F17D5/06GK103234121SQ201310169679
公开日2013年8月7日 申请日期2013年5月10日 优先权日2013年5月10日
发明者李玉星, 刘翠伟, 刘光晓, 王武昌, 孟令雅, 付俊涛, 刘超, 钱昊铖, 曹鹏飞 申请人:中国石油大学(华东)