[发明专利]基于短时能量和线性拟合的泄漏信号传播速度测量方法

说明书

本发明涉及一种基于短时能量和线性拟合的泄漏信号传播速度测量方法。对两路敲击信号分别进行预处理；对预处理后的信号取平方；加移动窗分别计算两路敲击信号的短时能量；根据短时能量曲线选取阈值，确定两路敲击信号起始点，计算敲击信号的传播时间；测量敲击信号在同一传播距离下的平均传播时间；对不同传播距离下的平均传播时间进行线性拟合，得到拟合直线，其斜率的倒数就是声速。

技术领域

本发明属于流体输送管道的泄漏检测定位技术领域，具体涉及一种以数据采集系统为基础的基于短时能量与线性拟合的泄漏信号传播速度(以下简称声速)的测量方法。

背景技术

在流体输送管道的维护中，管道泄漏检测定位技术十分重要。现有的用于管道泄漏检测定位的方法包括基于声发射原理的互相关检测法，以及基于非声发射原理的管道模型法、流量平衡法、压力梯度法、气体追踪法、红外成像法等。其中，基于声发射原理的互相关检测方法因其检测成本低、检测性能高而得到了广泛的应用。

当管道上存在一个漏点的时候，由于管内压力大于管外压力，使得管道内的水向外喷射，形成振动声发射信号，该信号沿着管壁向管道两端传播。互相关检测法通过将两个压电传感器安装在有泄漏的管道的两端，拾取泄漏点发出的声发射信号。对两个压电传感器的输出信号预处理后进行互相关分析，测量出泄漏信号传播到布置在管道两端的两个压电传感器的传播时间差T；再设法得到泄漏声发射信号沿着管壁传播的速度V(以下简称声速)。设安装在管道上的两个压电传感器之间的距离为L，泄漏点在两个压电传感器之间距离其中一个压电传感器的距离为D，根据泄漏点定位公式D＝(L-V*T)/2，就可以确定泄漏点的位置。可见，准确测量声速是确保泄漏点定位精度的关键因素之一。

声速测量的难点在于声速会随着管道的材质、几何特性以及管道周围的环境的不同而变化。目前测量声速的方法主要有三种：经验声速查表法、公式法以及敲击实测法。

在经验声速查表法中，通过统计管道在不同管材、管龄和管径下的经验声速，并根据管道的相关参数，查表得到声速。由于该方法简单方便，适合程序查表处理，重庆大学(杨进.供水管道泄漏检测定位中的信号分析及处理研究[D].重庆大学,博士学位论文，2007.)和华南理工大学(孙凯杰.基于TMS320VC5402的供水管道泄漏检测定位系统设计与实现[D].华南理工大学，硕士学位论文，2014)在研制的相关检测仪中使用了该方法，但是，由于这种方法没有考虑实际环境因素对声速的影响，导致查表得到的声速与实际管道的声速相差较大。

在公式法中，声速取决于管道的弹性模量、管道的直径、管道的厚度、环境温度等物理量。西北工业大学(梁坤鹏,刘志宏,刘彦森,等.泄漏管道中振动波波速特性研究[J].噪声与振动控制,2008,28(5):44-47.)和华中科技大学(刘敬喜,李天匀,刘土光,等.基于波传播方法的埋地管道的振动特性分析[J].固体力学学报,2005,26(2):187-192.)对泄漏信号在管壁上传播的特性进行研究，通过对管道中声速的传播特性进行建模，得到管道声速的计算公式。通过获取发生泄漏管道的这些相关参数，利用建模得到的声速计算公式，从而计算出待测管道的声速。但是，实际供水管道的情况非常复杂，实际上较难得到公式中所需的相关参数的准确值，而且建模得到的公式本身也不一定准确。

在实际中，通常采用敲击法实测管道的声速。敲击法又可以分为负压波法和直接敲击法。负压波法是利用管道内部产生的负压波信号测量声速，而直接敲击法是从管外施加一个冲击来测量声速。

国际商业机器公司(严骏驰,李峻荣,田春华,等.在流体输送管道中估计负压波的波速的方法及装置:CN103822097A[P].2014.)利用流体输送管道的正常操作而产生的负压波信号来测量声速。该方法在阀门的前后各安装3个压电传感器拾取负压波信号；再对这6个压电传感器拾取的6路负压波信号分别进行小波处理去除噪声，提取出负压波信号；然后，确定负压波到达相邻的两个压电传感器的时间差；最后得到波速。