一种流体管道泄漏内检测器、检测系统及检测方法

本发明涉及管道泄漏检测，尤其涉及一种流体管道泄漏内检测器、检测系统及检测方法。

背景技术：

1、管道是连续输送原油、石油产品、水、天然气等液体资源最经济、最有效的方式。随着管道的广泛应用，一方面管道数量逐年增加，另一方面管道老化、腐蚀严重，泄漏事故时有发生。管道一旦泄漏，将造成严重的环境污染、经济损失和人员伤亡。因此，有必要检测管道泄漏，特别是早期的小泄漏。

2、在役管道的泄漏检测技术可分为基于软件的方法和基于硬件的方法。基于软件的方法测量管道内部参数，包括压力、流量和温度，并使用各种类型的计算机软件来分析和检测管道系统中的泄漏，但基于软件的方法不能检测到微小的泄漏，也不能定位泄漏点。基于硬件的方法则利用各种传感设备，通过传感泄漏的化学物质所诱导的压力、声音、振动和温度变化，从管道外部或内部检测和定位泄漏。在这些方法中，声学检漏法是应用最广泛的。

3、人们早期利用突发性大泄漏引起的负压波检测和定位泄漏。但是基于负压波的方法不能检测连续泄漏和小泄漏。非负压波的声学泄漏检测方法的优点是可以检测到连续的泄漏，缺点是能够有效监测的管道很短，因为声波在管道中传播过程中衰减很快、传播距离很短，而沿管道密集安装声音传感器是不现实的，成本太高且施工不便。而分布式光纤传感法，需要在管道铺设阶段同时安装光纤，这增加了管道铺设的成本和复杂性。很多老旧管道并没有铺设光纤。

4、即现有检测方式存在不能用于连续泄漏和微小泄漏以及检测成本高的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种流体管道泄漏内检测器、检测系统及检测方法，以解决现有检测方式不能用于连续泄漏和微小泄漏以及检测成本高的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案在于：

3、一种流体管道泄漏内检测器，包括球壳、中心麦克风、边缘麦克风、配重环、减震圈、采集电路板和供电单元；球壳内设置有共振腔和第一内腔，中心麦克风和边缘麦克风安装于共振腔内，中心麦克风位于球壳的球心，边缘麦克风位于配重环的内壁；配重环与球壳的赤道面重合并安装于共振腔内，以垂直于赤道面且经过球壳球心的轴线为z轴，球壳绕z轴滚动；减震圈的轴线与z轴共线，两个减震圈套装于球壳并对称设置于赤道面的两侧；采集电路板和供电单元安装于第一内腔，采集电路板上设置有加速度传感器。

4、进一步的，流体管道泄漏内检测器还包括悬浮单元，悬浮单元包括悬浮球和悬浮支架；悬浮球连接于悬浮支架上方，悬浮支架与球壳转动连接，转动轴为z轴；悬浮支架上设置有顶针，顶针抵接于减震圈以使减震圈倾斜。

5、进一步的，球壳包括上半壳和下半壳；上半壳设置有第一内腔，采集电路板和供电单元安装于第一内腔；上半壳和下半壳组装并形成共振腔。

6、进一步的，流体管道泄漏内检测器还包括磁线圈，下半壳设置有第二内腔，磁线圈安装于第二内腔。

7、进一步的，流体管道泄漏内检测器还包括球腔密封板，两个球腔密封板分别安装于上半壳和下半壳，将球壳的内腔分隔为共振腔、第一内腔和第二内腔。

8、进一步的，流体管道泄漏内检测器还包括支撑电路板，支撑电路板为l形板，中心麦克风安装于l形板的拐角，边缘麦克风安装于l形板的一端，l形板的未安装边缘麦克风的一边与z轴共线。

9、进一步的，采集电路板还设置有磁力计、电源稳压模块、mcu和数据存储卡；电源稳压模块与供电单元连接，mcu采集中心麦克风、边缘麦克风、磁力计和加速度传感器的数据，并将数据写入数据存储卡。

10、进一步的，配重环包括第一弧环、第二弧环、第三弧环和第四弧环；第一弧环、第二弧环、第三弧环和第四弧环依次连接并组成环形；配重环上设置有固定槽和卡槽，固定槽用于放置由光固化树脂制作的卡块，支撑电路板一端插装于卡槽。

11、本发明的另一方面，提出了一种流体管道泄漏检测系统，包括上述的流体管道泄漏内检测器，还包括多个沿管道的长度方向间隔设置的外加磁场。

12、本发明的第三方面，提出了一种流体管道泄漏检测方法，采用上述的流体管道泄漏内检测器，包括如下步骤：

13、数据采集：将内检测器放入管道发球端，内检测器在液体推动下沿管道滚动，中心麦克风、边缘麦克风以欠采样技术采集声信号，加速度传感器采集加速度信号；

14、数据分析：读取信号数据，通过短时傅里叶变换计算声信号的时频图，根据幅值变化判断是否泄漏，泄漏发生时的信号幅值高于未泄漏位置，并根据加速度信号确认泄漏位置；

15、使用一维cnn网络搭配lstm网络模型进行训练并对原始声信号进行检测，模型训练完成后采用窗口滑动方式遍历全部信号；

16、模型训练的数据集采用人工标注的信号片段，包括无泄漏信号片段、即将通过泄漏信号片段，正在通过泄漏点信号片段，已通过泄漏信号片段。

17、综合上述技术方案，本发明所能实现的技术效果在于：

18、本发明提供的流体管道泄漏内检测器包括球壳、中心麦克风、边缘麦克风、配重环、减震圈、采集电路板和供电单元；球壳内设置有共振腔和第一内腔，中心麦克风和边缘麦克风安装于共振腔内，中心麦克风位于球壳的球心，边缘麦克风位于配重环的内壁；配重环与球壳的赤道面重合并安装于共振腔内，以垂直于赤道面且经过球壳球心的轴线为z轴，球壳绕z轴滚动；减震圈的轴线与z轴共线，两个减震圈套装于球壳并对称设置于赤道面的两侧；采集电路板和供电单元安装于第一内腔，采集电路板上设置有加速度传感器。

19、本发明提供的流体管道泄漏内检测器通过共振腔对管道泄漏产生的声信号进行放大，以便于精准采集信号并进行分析，同时借助流体推动沿管道滚动，可以遍历被检测管道，使中心麦克风和边缘麦克风靠近泄漏点，保证了对微小泄漏和连续泄漏的准确识别，综合加速度传感器的信号，可实现对泄漏的准确识别和定位，且无需密集设置传感器，实现了对连续泄漏和微小泄漏的低成本检测。配重环内置方式使声信号经过球壳壁即可进入共振腔，声信号的采集质量更高、干扰信号更少。

技术特征：

1.一种流体管道泄漏内检测器，其特征在于，包括球壳（100）、中心麦克风（200）、边缘麦克风（300）、配重环（400）、减震圈（500）、采集电路板（600）和供电单元（700）；

2.根据权利要求1所述的流体管道泄漏内检测器，其特征在于，还包括悬浮单元（1200），所述悬浮单元（1200）包括悬浮球（1210）和悬浮支架（1220）；

3.根据权利要求2所述的流体管道泄漏内检测器，其特征在于，所述球壳（100）包括上半壳（110）和下半壳（120）；

4.根据权利要求3所述的流体管道泄漏内检测器，其特征在于，还包括磁线圈（800），所述下半壳（120）设置有第二内腔（103），所述磁线圈（800）安装于所述第二内腔（103）。

5.根据权利要求4所述的流体管道泄漏内检测器，其特征在于，还包括球腔密封板（900），两个所述球腔密封板（900）分别安装于所述上半壳（110）和所述下半壳（120），将所述球壳（100）的内腔分隔为所述共振腔（101）、所述第一内腔（102）和所述第二内腔（103）。

6.根据权利要求5所述的流体管道泄漏内检测器，其特征在于，还包括支撑电路板（1000），所述支撑电路板（1000）为l形板，所述中心麦克风（200）安装于l形板的拐角，所述边缘麦克风（300）安装于l形板的一端，l形板的未安装所述边缘麦克风（300）的一边与z轴共线。

7.根据权利要求6所述的流体管道泄漏内检测器，其特征在于，所述采集电路板（600）还设置有磁力计、电源稳压模块、mcu和数据存储卡；

8.根据权利要求7所述的流体管道泄漏内检测器，其特征在于，所述配重环（400）包括第一弧环（410）、第二弧环（420）、第三弧环（430）和第四弧环（440）；

9.一种流体管道泄漏检测系统，其特征在于，包括如权利要求6-8任一项所述的流体管道泄漏内检测器，还包括多个沿管道的长度方向间隔设置的外加磁场。

10.一种流体管道泄漏检测方法，采用如权利要求1-8任一项所述的流体管道泄漏内检测器，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及管道泄漏检测技术领域，尤其涉及一种流体管道泄漏内检测器、检测系统及检测方法，旨在解决现有检测方式不能用于连续泄漏和微小泄漏以及检测成本高的问题。本发明提供的流体管道泄漏内检测器包括球壳、中心麦克风、边缘麦克风、配重环、减震圈、采集电路板和供电单元；球壳内设置有共振腔，中心麦克风位于球壳的球心，边缘麦克风位于配重环的内壁；配重环与球壳的赤道面重合并安装于共振腔内，两个减震圈套装于球壳；采集电路板上设置有加速度传感器。通过共振腔对管道泄漏产生的声信号进行放大和减震圈减振，借助流体推动沿管道滚动以遍历被检测管道，综合麦克风和加速度传感器的信号，实现了对连续泄漏和微小泄漏的低成本检测。

技术研发人员：黄新敬,任晓宇,马金玉
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25