[发明专利]基于常规数据和音波信号的输气管道泄漏检测定位装置及方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种管道泄漏检测定位装置及检测方法，属于输气管道故障诊断与流动安全保障技术领域，主要功能是对长输天然气管道进行实时检测并区分外部干扰影响，准确识别泄漏信号，并对管线泄漏位置进行精确定位，以保障输气管道安全生产运营。

背景技术：

根据对国内外现行的输气管道泄漏检测和定位方法的调研发现，泄漏检测和定位方法主要集中在基于负压波法、瞬态模型法、声波泄漏检测法几个方面，国内外主要的专利有以下几项。

美国专利US6389881公开了一种基于音波法管道泄漏检测和定位方法。该方法通过捕捉由于泄漏引起的音波震荡，并通过波形模式匹配滤波方法排除外界干扰，以降低误报率、增加系统灵敏度。

中国专利200710097721.9公开了一种基于动态低频技术的管道泄漏检测仪及方法，该方法采用可调量程的动态压力传感器检测泄漏引起的管线首末站的动态压力变化(4-10Hz内信号)，提高了测量较小压力变化量的精度，区分出泄漏信号，并利用GPS检测信号到达上下游时间，进行泄漏定位。

中国专利200710177617.0公开了一种基于压力和声波信息融合的泄漏检测方法，该方法分别采集管道上下游压力和声波信号(0.2-20Hz内)，经过数据滤波、特征级融合和决策级融合三个层次的处理获得最终检测结果，并利用基于相关分析、小波分析等融合的定位方法进行泄漏定位，提高了泄漏检测的准确性和定位精度。

中国实用新型专利200820078616.0公开了一种音波泄漏检测定位装置，装置主要工作流程为，现场的声学传感器的声学信号经前置放大器放大，并经过模数转换传送到中心服务器，进行泄漏特征分析，实现泄漏检测。采用嵌入式PC+数据采集卡+GPS精确授时，成本低，性能较好。

以上专利技术，其核心原理均为采集泄漏产生的声波信号，且基本上均采集次声频段(＜20Hz)，采用的设备名称不一，但均为检测声波信号在管内引起的压力扰动，即检测管内动态压力的变化。但以上各专利，在采集信号的对象及处理方法上都存在一定问题，主要表现在以下几个方面：

(1)泄漏信号的次声和可听声的低频部分均可以作为泄漏检测的特征频段，且均可以远传，而以上专利，均只研究信号的次声部分，忽略了可听声低频部分，不利于信号特征提取，易引起误报。

(2)以上专利均未明确提出如何准确的排除外界干扰(如压缩机启停、阀门开关、管线敲击等)问题，美国专利虽提出了采用模式匹配的滤波方法，但需要在现场每一个处理器建立大型波形数据库以进行比对，并且每个现场处理器需要配备原始记录在现场电脑中的数据信息，使其现场处理器的结构复杂，造价较高，不利于现场开展。

(3)定位方法上大都采用GPS时间同步方法计算时间差，基本均未考虑温度、压力等对传播速度的影响，定位不够精确。

(4)以上专利均未提出音波传感器合适的安装距离，只是简单的提出安装在管线上、下游或首、末站，但当站与站之间距离较大，管线沿途状况较复杂时，低频信号也会大量衰减，因此需给出合适的安装距离。

发明内容：

本发明的主要目的是提供一种基于常规数据和音波信号的输气管道泄漏检测定位装置和方法，以排除外界信号干扰，准确区分泄漏音波信号，站内操作等外部干扰信号及正常音波信号，并实现传感器的合理安装和精确定位。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

基于常规数据和音波信号的输气管道泄漏检测及定位装置硬件部分包括传感器组、现场数据采集处理器、GPS接收器、通信网络、中心数据汇集处理器和监控主机。装置基本连接关系为：在现场待测点的管壁上开孔安装传感器组，采集音波数据和常规数据，传感器组与现场数据采集处理器通过屏蔽线相连实现模数转换，现场数据采集处理器上安装有GPS接收器，将处理后的数字信号打上时间标签通过通信网络传输至中心数据汇集处理器，并通过监控主机实时检测。

由音波传感器、压力传感器、质量流量计、温度传感器组成成套传感器组，在要进行泄漏检测管段的起、终点分别安装一套传感器组，起、终点均采集音波信号和压力、流量、温度信号，除质量流量计外，每个传感器分别通过在管线上开孔，直接与管道里面的气体接触安装，质量流量计需截断管线安装，安装顺序无要求，各传感器之间距离0.5～1m。