流體輸送管道泄漏聲發(fā)射時頻定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于管道泄漏檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種流體輸送管道泄漏聲發(fā)射時頻定位 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 管道作為一種高效便捷的流體輸送方式已在石油、天然氣等流體輸運中廣泛采 用。由于自然或人為原因：管道老化、腐蝕，地質(zhì)沉降，不規(guī)范施工等，管道泄漏時有發(fā)生。 管道泄漏會引起資源浪費、環(huán)境污染，甚至爆炸、中毒等惡性事故，給人們的生命財產(chǎn)造成 嚴重的威脅。管道泄漏檢測定位技術(shù)對于減小管道泄漏造成的危害是十分必要的。
[0003] 目前國內(nèi)外采用的管道泄漏檢測方法主要有流量平衡法、瞬時狀態(tài)估計法、分布 式光纖法、壓力梯度法、負壓力波法、音波檢漏法、統(tǒng)計決策法等。中國專利（CN103234121A) 對以上管道檢漏方法進行了分析對比發(fā)現(xiàn)音波檢測法具有靈敏度高、定位精度高、誤報率 低、檢測時間短、適應性強等優(yōu)點，同時構(gòu)建了一種基于音波信號的管道泄漏檢測裝置和檢 測方法，提取泄漏音波的特征量，盡可能排除背景噪聲及站內(nèi)正常操作產(chǎn)生的干擾信號，降 低了誤報率。該方法通過置于管內(nèi)的音波傳感器可以檢測到泄漏瞬間產(chǎn)生的音波信號。當 管內(nèi)流體逐漸趨于平穩(wěn)時，檢測的泄漏音波信號幅度也減少而趨于平穩(wěn)。音波檢測法可以 較準確的判斷和定位泄漏。但由于瞬間音波出現(xiàn)時間短，要求有較高采樣率的檢測設(shè)備捕 捉信號；傳感器安裝要求對原有管道進行破壞性打孔，打孔安裝不當將導致安裝孔處流體 泄漏，存在一定的安全隱患，同時傳感器與管內(nèi)流體直接接觸，要求傳感器耐高壓耐腐蝕。
[0004] 聲發(fā)射技術(shù)作為一種實時在役的無損檢測方法在流體輸送管道泄漏檢測中日益 受到人們的關(guān)注。聲發(fā)射管道泄漏檢測僅需要在管壁有限接觸點獲取泄漏引起的連續(xù)聲發(fā) 射信號來便可實現(xiàn)對整個長距離管道的有效檢測。中國專利（CN103062628A)公開了一種 基于聲發(fā)射技術(shù)的埋地管道泄漏檢測定位方法，克服現(xiàn)有泄漏檢測技術(shù)的不足，結(jié)合小波 變換消噪和相關(guān)分析，實現(xiàn)了對埋地管道實時在役無損檢測。該方法應用于長度為6米的 試驗管道，利用聲發(fā)射傳感器在泄漏點兩端管壁上同時獲取兩路聲發(fā)射信號，利用互相關(guān) 對兩路聲發(fā)射信號進行延時估計來確定泄漏位置，定位誤差為15. 2%。采用小波變換消噪 可以在檢測管道長度較小時降低互相關(guān)定位誤差，但定位誤差仍在5%以上。這主要是因 為互相關(guān)定位方法要求泄漏聲發(fā)射信號沿管道以恒定不變的聲速傳輸，但實際上管道泄漏 聲發(fā)射信號具有寬頻帶、頻散及多模態(tài)等特性，不同的模態(tài)具有不同程度的頻散和不同的 傳輸速度，即泄漏聲發(fā)射信號在管道中的傳播速度與頻率和模態(tài)類型密切相關(guān)，恒定不變 的聲度難以確定。如果直接對采集的聲發(fā)射信號進行相關(guān)分析并定位泄漏，信號的相關(guān)性 弱，時延估計誤差大；另一方面聲速只能取頻率范圍內(nèi)某一模態(tài)導波速度的平均值，這兩點 會造成較大泄漏定位誤差。因此基于互相關(guān)的聲發(fā)射管道泄漏檢測方法定位誤差大，不適 合用于頻散嚴重而恒定聲速難以確定的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種流體輸送管道泄漏聲發(fā)射時頻定位方法， 該方法可以用于天然氣，供水及其他流體混合物輸送管道在泄漏聲發(fā)射信號頻散嚴重而聲 速難以確定的情況下對泄漏點進行準確定位。
[0006] 為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] 一種流體輸送管道泄漏聲發(fā)射時頻定位方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟一：利用管道泄漏點兩端的聲/振動傳感器拾取聲發(fā)射信號，將信號進行互 相關(guān)分析；
[0009] 步驟二：采用平滑偽Wigner-Ville時頻分布對兩路泄漏信號的互相關(guān)函數(shù)進行 時頻分析；
[0010] 步驟三：管道泄漏時的信號互相關(guān)函數(shù)的時頻譜存在峰值，提取其峰值對應的時 間和頻率?目息；
[0011] 步驟四：峰值對應的時間信息為兩觀測信號的時間延遲，同時利用其頻率信息通 過泄漏聲發(fā)射主導模態(tài)的頻散曲線查表確定泄漏聲發(fā)射信號沿管道傳播的速度；
[0012] 步驟五：根據(jù)時差定位原理，利用時間延遲和實時確定的聲速來確定管道泄漏位 置。
[0013] 進一步，在步驟一中，泄漏點兩端傳感器拾取的泄漏信號為X1 (t)，X2 (t)，則兩拾取 信號的互相關(guān)函數(shù)為：
【主權(quán)項】
1. 一種流體輸送管道泄漏聲發(fā)射時頻定位方法，其特征在于：包括以下步驟： 步驟一：利用管道泄漏點兩端的傳感器觀測聲發(fā)射信號，將信號進行互相關(guān)分析； 步驟二：采用平滑偽Wigner-Ville時頻分布對兩路泄漏信號的互相關(guān)函數(shù)進行時頻 分析； 步驟三：管道泄漏時的信號互相關(guān)函數(shù)的時頻譜存在峰值，提取其峰值對應的時間和 頻率信息； 步驟四：峰值對應的時間信息為兩觀測信號的時間延遲，同時利用其頻率信息通過泄 漏聲發(fā)射主導模態(tài)的頻散曲線查表確定泄漏聲發(fā)射信號沿管道傳播的速度； 步驟五：根據(jù)時差定位原理，利用時間延遲和實時確定的聲速來確定管道泄漏位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種流體輸送管道泄漏聲發(fā)射時頻定位方法，其特征在于： 在步驟一中，泄漏點兩端傳感器拾取的泄漏信號為X 1 (t)，X2 (t)，則兩拾取信號的互相關(guān)函 數(shù)為：
其中，τ表示兩泄漏信號之間的時間延遲； 采用平滑偽Wigner-Ville時頻分布來分析時變互相關(guān)函數(shù)的時間延遲與頻率之間的 關(guān)系，即：
其中，表示兩泄漏信號互相關(guān)函數(shù)的時頻分布，平滑偽Wigner-Ville時頻分 布為：
其中，h(t)為頻域平滑函數(shù)，g(t)為時域平滑函數(shù)； 泄漏信號的互相關(guān)函數(shù)的時頻分布叫的峰值對應的時間即為兩泄漏信號之間 的時間延遲，峰值對應的頻率為與時間延遲對應的兩泄漏信號相干性最強的頻率，即：
其中，6分別表示時頻分布的峰值對應的峰值頻率和兩泄漏信號的時間延遲； 從而，泄漏點的位置可確定為：
其中，是表示估計的泄漏點到其中一個傳感器的距離，d表示兩傳感器之間的距離，為 已知或通過現(xiàn)場測量獲得；C(Otl)表示頻率為Otl時的泄漏聲發(fā)射信號在流體管道中的聲 速，泄漏信號的聲速隨著頻率的變化關(guān)系可以通過流體管道中主導模態(tài)導波的頻散曲線獲 得。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種流體輸送管道泄漏聲發(fā)射時頻定位方法，包括以下步驟：利用安裝在管道泄漏點兩端的聲/振動傳感器拾取聲發(fā)射信號，將拾取的聲發(fā)射信號進行互相關(guān)分析；采用平滑偽Wigner-Ville時頻分布對兩路聲發(fā)射信號的互相關(guān)函數(shù)進行時頻分析；提取管道泄漏時的聲發(fā)射信號的互相關(guān)函數(shù)的時頻譜峰值對應的時間和頻率信息；峰值對應的時間信息為兩觀測信號的時間延遲，利用其頻率信息通過頻散曲線查表確定泄漏聲發(fā)射信號沿管道傳播的速度；利用時間延遲和實時確定的聲速來確定管道泄漏位置。該方法可以用于流體輸送管道在泄漏聲發(fā)射頻散嚴重而聲速難以確定的情況下對泄漏點進行準確定位，同時該方法提取單一頻率泄漏信號的相關(guān)函數(shù)進行時延估計，增強了泄漏信號的相關(guān)程度，進一步減少泄漏定位誤差。
【IPC分類】F17D5-06
【公開號】CN104747912
【申請?zhí)枴緾N201510196460
【發(fā)明人】李帥永, 王平
【申請人】重慶郵電大學
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年4月23日