[发明专利]用于管道泄漏检测的球形内检测器及定位系统

权利要求书

1.一种用于管道泄漏检测及定位的球形内检测器，包括水密球壳，至少两个麦克风、麦克风支架(7)、功能电路板、电源模块(11)和信号发射装置。其中，

水密球壳内部为空气球腔(2)，在水密球壳的赤道面或赤道面附近设置有配重，使得球形内检测器在管道内滚动静止后其与管道内壁的接触点位于赤道面上；

麦克风，有一个位于或靠近水密球壳的赤道的中心，称其为中心麦克风，其他的位于或靠近水密球壳的赤道；

麦克风支架(7)，用于固定麦克风；

功能电路板，包括主MCU、数据采集模块、无线传输模块、加速度计以及磁力计；

信号发射装置，包括发射压电陶瓷传感器(12)和信号发生与驱动电路。

2.根据权利要求1所述的球形内检测器，其特征在于，在水密球壳外层包裹弹性多孔球形包裹壳(23)，采用TPU弹性橡胶或者橡胶材料制成。在弹性多孔球形包裹壳(23)外表面分布有与外界连通的均匀分布的小球腔(17)，用于在减振的同时增大结构的透声性。

3.根据权利要求1所述的球形内检测器，其特征在于，在水密球壳的赤道面或赤道面附近分布有用来放置作为配重的金属块(5)的孔洞或凹槽。

4.根据权利要求1所述的球形内检测器，其特征在于，在水密球壳的赤道面或赤道面附近设置有环形槽(20)，在环形槽(20)内设置有用来作为配重的金属环(21)。

5.根据权利要求1所述的球形内检测器，其特征在于，所述的球形内检测器整体为椭球形，椭球面由一个圆弧线围绕长轴旋转而形成，圆弧的半径等于管道内半径，长轴为椭球体在管道内滚动时的旋转轴，赤道面位于椭球体的短轴上，椭球体弧面与管道壁贴合，从而使得球形内检测器能够沿着椭球体长轴滚动。

6.根据权利要求1所述的球形内检测器，其特征在于，与球形内检测器赤道面垂直的两个端部设有两个圆柱空腔凸台，第一圆柱空腔凸台(9)内部空腔处设计有电路板支架(28)，用于固定功能电路板(10)和电源模块(11)；第二圆柱空腔凸台(8)用于放置信号发射装置。

7.根据权利要求1所述的球形内检测器，其特征在于，麦克风支架包括三个相互成直角且共端部的长条，三个长条的共同端部位于水密球壳的中心或靠近中心的位置，每个长条的另一个端部均分布在赤道面上或赤道面附近；在长条的共同端部设置有麦克风，在每个长条的另一个端部均设置有麦克风，即在球形内检测器的中心或靠近中心处以及x、y、z轴的各端放置有一个麦克风，四个麦克风依次称为所述的中心麦克风、第二、第三和第四麦克风。

8.一种采用权利要求1-7任意一项所述的球形内检测器实现的管道泄漏检测及定位系统，包括所述的球形内检测器，GPS模块，信号接收装置和上位机，其中，

球形内检测器通过无线传输模块将各个麦克风所采集到的电压信号、磁力计所测得的管道磁信号以及加速度计所测得球形内检测器的加速度信号传输到上位机；

GPS模块，用于对信号发射装置和信号接收装置进行时间校准，使二者时钟与GPS时间保持同步。

信号接收装置被置于泄漏管道段的外壁，通过有线或无线通讯方式与上位机连接，信号接收装置包括接收压电陶瓷传感器和信号采集调理电路，经过GPS模块的时间校准后，信号发射装置的信号发生与驱动电路产生信号源，信号源经驱动电路放大信号幅值后接入发射压电陶瓷传感器，发射压电陶瓷传感器每隔一段时间发射一串超声脉冲信号，实现声信号发射的功能；接收压电陶瓷传感器将接收到的来自发射压电陶瓷传感器的声信号转化为电信号，并通过信号采集调理电路进行放大、滤波再放大的信号处理后，传输到上位机。

9.根据权利要求8所述的管道泄漏检测及定位系统，其特征在于，上位机进行中心麦克风电压信号的波形分析，判断是否存在泄漏；如果存在泄漏，上位机将所接收到的磁力计的管道磁信号与预先计算的管网管段磁信号比对，从管网中定位到泄漏的管道段；上位机根据所接收的来自发射压电陶瓷传感器的信号，以信号的起点时刻或某一特征时刻作为信号到达时刻，从而定位到泄漏点在管段中的轴向位置。

10.根据权利要求8所述的管道泄漏检测及定位系统，其特征在于，除了中心麦克风外，还包括位于赤道或赤道附近不同位置的第二，第三，第四麦克风，上位机处理第二、第三、第四麦克风采集到的电压信号，提取泄漏信号的幅值，经计算得到泄漏点相对于球形内检测器的位置；通过上位机处理球形内检测器加速度计的加速度信号，经计算定位到泄漏点相对于管道的环向位置。