[发明专利]一种城市气体管道微小泄漏诊断方法

权利要求书

1.一种城市气体管道微小泄漏诊断方法，其特征在于：包括以下步骤：

分别采集埋地气体管道模拟试验系统在不同压力下管道未泄漏和微小泄漏的管内次声波的时域信号，并对所述时域信号进行频谱转换得到模拟试验系统的次声波频谱，进而得到城市气体管道微小泄漏频谱判断准则；

对待测城市管道进行次声波时域信号采集，将采集的待测城市管道的次声波时域信号进行频谱转换，得到待测城市管道的次声波频谱，对照所述城市气体管道微小泄漏频谱判断准则判定待测城市管道是否发生泄漏；

若管道泄漏，建立管道泄漏定位模型；

考虑噪声信号对源信号的干扰，提取次声波频谱中特征频带，进而提取所述特征频带中的泄漏信号；

计算提取的上、下游次声波输出泄漏信号的时间延迟；

采集管道泄漏状态Ts内的管道压力值，并根据管道压力值计算得到次声波信号的波速；

将所述时间延迟与波速代入定位模型得到泄漏点的定位。

2.根据权利要求1所述的一种城市气体管道微小泄漏诊断方法，其特征在于：所述频谱转换的具体方法为：将采集到的次声波时域信号x(t)转换为频域谱密度函数X(f)：

式中：X(f)为频域谱密度函数；ω为模拟角频率，ω＝2πf，f表示频率；e为自然对数底；j为虚部单位；t表示时刻；

计算频域谱密度函数X(f)的幅值谱估计函数

将频域谱密度函数X(f)分为M个等长数据段，将频域谱密度函数X(f)的M 点观察数据X_M(f)视为有限信号；然后对X_M(f)进行傅里叶变换，将其变换为X_M(k)；最后取X_M(k)幅值的平方并除以数据段数M，作为频域谱密度函数X(f)的幅值谱估计函数即：

根据幅值谱估计函数绘制次声波信号频谱图。

3.根据权利要求1所述的一种城市气体管道微小泄漏诊断方法，其特征在于：所述城市气体管道微小泄漏频谱判断准则为：城市气体管道未泄漏时，次声波频谱信号满足只有一个幅值高峰的特性，且相应频率不大于5Hz；城市气体管道微小泄漏时，次声波频谱具有至少2个幅值高峰波动特性，且相应频率范围在5Hz～20Hz内。

4.根据权利要求1所述的一种城市气体管道微小泄漏诊断方法，其特征在于：所述管道泄漏定位模型为：假设s(t)，n₁(t)，n₂(t)互不相关，

式中：l₁为泄漏位置到上游次声波传感器的距离，单位m；l为上游次声波传感器和下游次声波传感器之间的距离，单位m；τ₀为时间延迟，单位s；v为次声波信号的波速，单位m/s；s(t)为未知的原始泄漏源信号；n₁(t)和n₂(t)为表示环境噪声的零均值随机噪声信号，t为时刻。

5.根据权利要求1所述的一种城市气体管道微小泄漏诊断方法，其特征在于：所述提取次声波频谱中特征频带，进而提取所述特征频带中的泄漏信号的方法为采用相干函数提取次声波频谱中连续峰值对应的频带为特征频带，若存在至少2个连续峰值，则取最大值所在频带为特征频带，再使用带通滤波器提取所述特征频带中的泄漏信号。

6.根据权利要求1所述的一种城市气体管道微小泄漏诊断方法，其特征在于：所述计算提取的上、下游次声波输出泄漏信号的时间延迟的方法为采用广义互时频法，具体方法为：通过计算次声波信号的互功率谱，再结合带通滤波器和互谱函数求解修正加权函数Ψ₁₂(f)，并在频域范围内加权，加强信号中的谱分量，提升信号的信噪比，得到广义互时频函数；再利用广义互时频函数将频域反变换到时域，根据信号相关性原理计算次声波信号的时差，得到次声波信号的时间延迟。