一种管道泄漏定位系统及方法论文和设计-高艳

全文摘要

本发明公开了一种管道泄漏定位系统，包括存储模块；按预设距离设置在管道上的，用于将负压波信号传至存储模块的第一传感器；按预设距离设置在管道上，用于将应力波信号传至存储模块的第二传感器；用于根据负压波信号计算管道上泄漏点第一位置，以及根据应力波信号计算管道上泄漏点第二位置的计算模块；用于判定第一位置与第二位置的差值是否处于预设范围内的判断模块；用于在第一位置与第二位置的差值是处于预设范围内时，输出第一报警信号，第一位置与第二位置未处于预设范围内时，输出第二报警信号的报警模块。本发明提供的管道泄漏定位系统，能够实现泄漏的精准定位。本发明还提供一种管道泄漏定位方法，具有同样的技术效果。

主设计要求

1.一种管道泄漏定位系统，其特征在于，包括，存储模块；按预设距离设置在管道上的，用于将负压波信号传至所述存储模块的第一传感器；按所述预设距离设置在所述管道上，用于将应力波信号传至所述存储模块的第二传感器；用于根据所述存储模块内的所述负压波信号计算所述管道上泄漏点第一位置，以及根据所述存储模块内的所述应力波信号计算所述管道上泄漏点第二位置的计算模块；用于判定所述第一位置与所述第二位置的差值是否处于预设范围内的判断模块；用于在所述第一位置与所述第二位置的差值是处于预设范围内时，输出第一报警信号，所述第一位置与所述第二位置未处于预设范围内时，输出第二报警信号的报警模块；用于根据所述存储模块内的所述负压波信号计算所述管道上泄漏点第一位置，具体按下式计算，其中，d为泄漏点距一第一传感器的距离；L为相邻两第一传感器间长度；v为负压波传播速度；Δt为负压波从泄漏点传播到两第一传感器的时间差，Δt＝t1-t2；其中，负压波在管道内传播的速度决定于液体的弹性、液体的密度和管材的弹性，具体为，式中，v管内负压波的传播速度；K为液体的体积弹性系数；ρ为液体的密度；E为管材的弹性系数；D为管道的直径；e为管壁厚度；C1为与管道约束条件有关的修正系数；其中，两个第一传感器采集到的两个信号为rA(n)与rB(n)，则两信号的互相关函数为，所述计算模块，用于根据所述存储模块内的所述应力波信号计算所述管道上泄漏点第二位置，具体按下式计算，其中，l为泄漏点距一第二传感器的距离；L为相邻两第二传感器间长度；c为应力波传播速度；ΔT为应力波从泄漏点传播到两第二传感器的时间差，ΔT＝T1-T2。

设计方案

1.一种管道泄漏定位系统，其特征在于，包括，

存储模块；

按预设距离设置在管道上的，用于将负压波信号传至所述存储模块的第一传感器；

按所述预设距离设置在所述管道上，用于将应力波信号传至所述存储模块的第二传感器；

用于根据所述存储模块内的所述负压波信号计算所述管道上泄漏点第一位置，以及根据所述存储模块内的所述应力波信号计算所述管道上泄漏点第二位置的计算模块；

用于判定所述第一位置与所述第二位置的差值是否处于预设范围内的判断模块；

用于在所述第一位置与所述第二位置的差值是处于预设范围内时，输出第一报警信号，所述第一位置与所述第二位置未处于预设范围内时，输出第二报警信号的报警模块；

用于根据所述存储模块内的所述负压波信号计算所述管道上泄漏点第一位置，具体按下式计算，

设计说明书

技术领域

本发明涉及管道泄漏检测技术领域，特别涉及一种管道泄漏定位系统及方法。

背景技术

水资源运输中，管道运输是最便捷和经济的运输方式。随着供水管道运输的迅猛发展，管道泄漏是供水管道运输安全中一个最主要的问题，其发生的原因主要包括管道老龄化，管道腐蚀和人为破坏等。管道泄漏将会导致一系列的问题，例如财产损失，环境破坏甚至危害公民安全。因此，我们有必要提高对管道泄漏的重视程度，加大对其的研究力度，提高供水管网泄漏检测和定位技术，能够及时检测泄漏并精准定位，减少供水管道漏失率。

传统的漏水检测设备不够科学和先进，智能化程度低，检漏及时性差，对作业人员经验依赖程度大，测定漏点耗时多，因此，地下水管网检查维修使用技工多、挖掘范围大、施工周期厂、资金浪费严重。

为了解决该情况，现有技术中出现了较多的智能检测系统，但是，泄漏点的精准定位一直是管道泄漏检测过程中的难点。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种管道泄漏定位系统，能够实现对管道泄漏点地精准定位。本发明还提供一种管道泄漏定位方法，具有同样的技术效果。

本发明解决技术问题的技术方案如下：

一种管道泄漏定位系统，包括，

存储模块；

按预设距离设置在管道上的，用于将负压波信号传至所述存储模块的第一传感器；

按所述预设距离设置在所述管道上，用于将应力波信号传至所述存储模块的第二传感器；

用于判定所述第一位置与所述第二位置的差值是否处于预设范围内的判断模块；

用于在所述第一位置与所述第二位置的差值是处于预设范围内时，输出第一报警信号，所述第一位置与所述第二位置未处于预设范围内时，输出第二报警信号的报警模块。

优选地，所述计算模块，用于根据所述存储模块内的所述负压波信号计算所述管道上泄漏点第一位置，具体按下式计算，

其中，d为泄漏点距一第一传感器的距离；L为相邻两第一传感器间长度；v为负压波传播速度；Δt为负压波从泄漏点传播到两第一传感器的时间差，Δt＝t_{1<\/sub>-t_2<\/sub>。}

优选地，所述计算模块，用于根据所述存储模块内的所述应力波信号计算所述管道上泄漏点第二位置，具体按下式计算，

其中，l为泄漏点距一第二传感器的距离；L为相邻两第二传感器间长度；c为应力波传播速度；ΔT为应力波从泄漏点传播到两第二传感器的时间差，ΔT＝T_{1<\/sub>-T_2<\/sub>。}

优选地，还包括，

用于在所述第一传感器获取到所述负压波时记录时间t，以及在所述第二传感器获取到所述应力波时记录时间T的计时模块；

用于对所述第一传感器以及第二传感器进行定位的定位模块。

优选地，所述存储模块为本地存储模块和\/或云存储模块。

优选地，还包括，

安装在终端设备上，且能够通过安全指令对所述本地存储模块和\/或所述云存储模块内的泄漏数据进行访问的客户端。

优选地，还包括，

用于对所述本地存储模块和\/或所述云存储模块内的泄漏数据进行分析，并输出泄漏频发点的分析模块。

一种管道泄漏定位方法，包括如下步骤，

按预设距离在管道上设置用于获取负压波信号的第一传感器；

按所述预设距离在所述管道上设置用于获取应力波信号的第二传感器；

根据所述负压波信号计算所述管道上泄漏点第一位置，其计算式为，

其中，d为泄漏点距一第一传感器的距离；L为相邻两第一传感器间长度；v为负压波传播速度；Δt为负压波从泄漏点传播到两第一传感器的时间差，Δt＝t_{1<\/sub>-t_2<\/sub>；}

根据所述应力波信号计算所述管道上泄漏点第二位置，其计算式为，

其中，l为泄漏点距一第二传感器的距离；L为相邻两第二传感器间长度；c为应力波传播速度；ΔT为应力波从泄漏点传播到两第二传感器的时间差，ΔT＝T_{1<\/sub>-T_2<\/sub>；}

计算所述第一位置与所述第二位置的差值X，其中，

X＝|l-d|；

当差值X处于预设范围Y内时，输出第一报警信号，当X处于预设范围Y外时，输出第二报警信号。

优选地，

在安装所述第一传感器以及所述第二传感器安装后，获取所述第一传感器以及所述第二传感器的位置，并进行存储；

在获取负压波信号时记录获取时间；

在获取应力波信号时记录获取时间。

优选地，

分析存储的泄漏点的位置数据，并输出泄漏频发点的位置。

本发明所提供的管道泄漏定位系统，按预设距离设置在管道上设置第一传感器与第二传感器，第一传感器用于获取预设距之间的负压波，第二传感器用于获取预设距离之间的应力波；计算模块根据负压波信号计算管道上泄漏点第一位置，根据应力波信号计算管道上泄漏点第二位置；然后通过判断模块判定第一位置与第二位置的差值是否处于预设范围内；当第一位置与第二位置的差值是处于预设范围内时，不仅能够准确确定该预设距离内出现泄漏点，避免误报，也能够缩小泄漏点的范围，实现精确定位。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的管道泄漏定位系统的一种实施方式的示意图；

图2为本发明实施例提供的管道泄漏定位方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请如图1所示，本发明一种管道泄漏定位系统，包括，存储模块100；按预设距离设置在管道10上的，用于将负压波信号(管道泄露处产生瞬态压力突降，由于流体流动的连续性，管道中的流体不会立即改变流速，而流体在泄漏点和相邻两边区域之间的压力差会导致流体向泄露区填充，形成负压波)传至存储模块100的第一传感器200，本实施例中第一传感器为压力变送器；按预设距离设置在管道10上，用于将应力波信号(管道泄露处，流体因内外压力差而向外喷射，摩擦管壁产生振动，以应力波的形式沿管壁传播)传至存储模块100的第二传感器300，本实施例中的第二传感器为应力波传感器；用于根据存储模块100内的负压波信号计算管道上泄漏点第一位置，以及根据存储模块100内的应力波信号计算管道上泄漏点第二位置的计算模块400；用于判定第一位置与第二位置的差值是否处于预设范围内的判断模块500；用于在第一位置与第二位置的差值是处于预设范围内时，输出第一报警信号，第一位置与第二位置未处于预设范围内时，输出第二报警信号的报警模块600。

本发明实施例所提供的管道泄漏定位系统，按预设距离在管道10上设置第一传感器200与第二传感器300，第一传感器200用于获取预设距之间的负压波，第二传感器300用于获取预设距离之间的应力波；计算模块400根据负压波信号计算管道10上泄漏点第一位置，根据应力波信号计算管道10上泄漏点第二位置；然后通过判断模块500判定第一位置与第二位置的差值是否处于预设范围内的；当第一位置与第二位置的差值是处于预设范围内时，不仅能够准确确定该预设距离内出现泄漏点，避免误报，也能够缩小泄漏点的范围，实现精确定位，报警模块600输出第一报警信号，当第一位置与第二位置的差值是处于预设范围内时未处于预设范围内时，报警模块600输出第二报警信号。

其中，本发明实施例中的计算模块400根据存储模块内的负压波信号计算管道上泄漏点第一位置，具体按下式计算，

其中，负压波在管道内传播的速度决定于液体的弹性、液体的密度和管材的弹性，具体为，

式中，v管内负压波的传播速度；K为液体的体积弹性系数；ρ为液体的密度；E为管材的弹性系数；D为管道的直径；e为管壁厚度；C_{1<\/sub>为与管道约束条件有关的修正系数。}

其中，两个第一传感器采集到的两个信号为r_{A<\/sub>(n)与r_{B<\/sub>(n)，则两信号的互相关函数为，}}

当m＝m_{0<\/sub>时，R_{AB<\/sub>(m)达最大值，则Δt＝m_{0<\/sub>，通过式(1)计算得出泄漏点位置。}}}

通过式(1)至(3)计算泄漏点的位置，使得泄漏点的计算更加精准。

计算模块400根据存储模块内的应力波信号计算管道上泄漏点第二位置，具体按下式计算，

本发明实施例提供的管道泄漏定位系统，还包括，用于在第一传感器200获取到负压波时记录时间t，以及在第二传感器300获取到应力波时记录时间T,的计时模块700；以及，用于对第一传感器200以及第二传感器300进行定位的定位模块800。

其中，计时模块700与定位模块800可以优选采用GPS定位系统。

本发明实施例中的存储模块100为本地存储模块和\/或云存储模块。

本发明实施例提供的管道泄漏定位系统，还包括，安装在终端设备102上，且能够通过安全指令能够对本地存储模块和\/或云存储模块内的泄漏数据进行访问的客户端900。

其中，终端设备102可以为电脑、手机或者其他终端设备。工作人员可以通过终端设备102访问云存储模块上的相关数据，能够使得工作人员随时随地了解管道泄漏的情况。

本发明实施例提供的管道泄漏定位系统，还包括，用于对本地存储模块和\/或云存储模块内的泄漏数据进行分析，并输出泄漏频发点的分析模块101。

分析模块101的设置，能够对目标管道的泄漏数据进行分析，根据分析输出泄漏频发点，工作人员能够根据泄漏频发点了解该段管道的使用环境情况以及管道的使用寿命，并根据管道的使用寿命调整该段管道的更换周期，以及时减小管道泄漏情况突发。

请如图2所示，本发明实施例还提供一种管道泄漏定位方法，基于本实施例中的管道泄漏定位系统，包括如下步骤，

S101.按预设距离在管道上设置用于获取负压波信号的第一传感器；

S102.按预设距离在管道上设置用于获取应力波信号的第二传感器；

S103.根据负压波信号计算管道上泄漏点第一位置，其计算式为，

其中，v按式(2)计算；Δt按式(3)计算得出。

S104.根据应力波信号计算管道上泄漏点第二位置，其计算式为，

其中，采用小波包对第二传感器采集的应力波信号进行处理后通过式(4)计算泄漏点位置；

其中，采用小波包分析法对信号进行分析，能够更好利用有用信息，舍弃噪声点，更利于精准定位；

S105.计算第一位置与第二位置的差值X，其中，

X＝|l-d|；

S106.当差值X处于预设范围Y内时，输出第一报警信号，当X处于预设范围Y外时，输出第二报警信号。

其中，需要说明的是，步骤S101与步骤S102先后顺序可调整，也可以同时进行，步骤S103与步骤S104先后顺序可调整，也可以同时进行。

本发明实施例中，在安装第一传感器以及第二传感器安装后，获取第一传感器以及第二传感器的位置，并进行存储；在获取负压波信号时记录获取时间；在获取应力波信号时记录获取时间。

本发明实施例中，还包括分析存储的泄漏点的位置数据，并输出泄漏频发点的位置的步骤。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

设计图

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主设计要求

设计方案

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