供水管道泄漏检测与定位技术应用研究.pdf

《供水管道泄漏检测与定位技术应用研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、388化工自动化及仪表第38卷供水管道泄漏检测与定位技术应用研究李忠虎郭卓芳(内蒙古科技大学信息工程学院，内蒙古包头014010)摘要基于瞬时压力监测的负压波法，应用相关分析理论对供水管道进行泄漏检测与定位。以MAT·LAB和组态王为软件开发平台，对信号进行时域互相关分析，由组态王生成友好的人机交互界面，MAT-LAB完成复杂算法运算，二者采用DDE方式进行通信。对于检测到的泄漏信号中含有的大量噪声，采用滑动平均或小波分析等方法进行去噪处理。根据具体情况选择相应的去噪方法，并合理设置相关参数，可有效提高泄漏检测与定位精度。关键词泄漏检测定位相关分析滑动平均法小波法

2、中图分类号TP274文献标识码A文章编号1000-3932(2011)04-0388-04因各种人为或不可抗拒因素的影响，供水管道泄漏事故时有发生，这不仅会浪费宝贵的水资源，同时，也会影响到供水管网的安全，会使供水管道、管道基础、地下公用设施及地上建筑物遭到破坏。为此，如何及时检测管道泄漏微弱信号，并尽可能提高管道泄漏检测与定位精度，就成为笔者研究的重要课题。管道泄漏检测与定位可采用多种方法和技术，其中基于现代控制理论和信号处理的负压波法颇受重视，引起了业界的高度关注。它利用管道突然泄漏时在液体中引发并按一定速度传播的瞬态负压波进行检漏，并通过计算负压波传播到首、

3、末端的时间差来进行定位。笔者采用相关分析法对供水管道进行泄漏检测和定位。相关分析法是将首、末端的两个含有原始泄漏信息的信号进行比较，判别其互相关程度，并得到两个信号的时间差。泄漏压力波信号基本是随机性的，相关处理结果为单脉冲，故可采用相关分析法对供水管道进行泄漏检测与定位‘¨。1基本理论当流体输送管道因机械、人为或材料失效等原因而使某处突然发生泄漏时，在泄漏处将产生瞬态压力突降，由于流体流动的连续性，管道中的流体不会立即改变流速，而流体在泄漏点和相邻的两边区域之间的压力差会导致流体从上、下游区域向泄漏区填充，并依次向上、下游扩散，这就形成负压波。该负压波以一定的速

4、度t，自泄漏点向管道两端传播，经过时间t。、t：后分别传播到首、末端并被相应的压力变送器捕捉，根据这两个压力降信号的传播时间差和负压波的传播速度，就可以进行漏点定位‘21。泄漏检测与定位原理如图1所示。管道首段管道末端图1泄漏检测与定位示意图由于负压波波速比流体流速快得多，因此流体流速可忽略不计，漏点定位公式可简化为：卜÷(z+心)．’(1)式中Z．——漏点距首端的距离；Z——首、末端两个变送器间的管线总长度；t，——压力波传播速度；At--负压波传播到首、末端变送器的时间差，At=t1一t2。相关分析法的基本思想是对管道首、末端的压力信号去除均值并求取差分信号，

5、实时计算其相关函数。当没有泄漏时，相关函数值在零附近；发生泄漏后，相关函数值将显著变化，根据相关函数值的大小和极值点位置即可进行泄露检测与定位。设首、末端两个变送器所检测到的信号分别收穑日期：2011-02—10(修改稿)基金项目：内蒙古科技大学科技创新基金资助项目(2009NC077)第4期李忠虎等．供水管道泄漏检测与定位技术应用研究为省(I)和y(t)，其数学模型为：石(I)=s(I)+乃。(‘)(2)y(‘)=∞(I一，．)+n2(I)(3)式中s(I)——泄漏点信号，在管内压力和漏口大小等不变的条件下，可认为是平稳过程；a——衰减因子；f——延迟时间；n。

6、(t)，n：(t)——环境噪声。假设泄漏信号和噪声都是零均值、高斯分布和互不相关的随机信号，并认为噪声信号，l。(t)和n：(t)完全不相关，则有：1，R”(f)2恕寺l，x(t)y(t一．r)m1，r=鲤寺I，哪(I)s(I—r)dH'，r舰寺』，nt(I)玑(t)dtr21im#I，∞(‘)s(1一r)dt'-E(一l／v，l／v)(4)实际运算是在有限的积分时间r内计算相关函数的估计值，即：‘t，rRw(．r)2寺上伽(t)s(I—r)dt(5)这样，R；，(下)的变化量达到一定数值即可认为已发生泄漏，根据相关函数峰值位置确定出漏点延迟时间即可进行漏点定位。

7、对于两个离散时间信号茹(n)和Y(n)，对y(n)延时m个采样间隔，则有：1N一1～(m)2亩磊∥(n)y(n+m)(6)式中Ⅳ——数组长度。假设m=m。时式(6)达到最大值。则泄漏信号延迟时间为：r=r(n一，珏o)(7)式中卜采样时间间隔。由于r=At，从而利用式(1)即可进行漏点定位‘1-21。2实验系统结构及原理针对课题研究目的，设计并组建了管道实验系统，其原理如图2所示。系统主管道为直径37mra、壁厚2mm、长5m的钢管；两个泄漏孔均为直径10mm的圆孔，用阀门控制泄漏量大小；主管道与水箱和水泵之间采用PPR软管连接，以尽量减小水泵噪声对泄漏募筹篆臻H

8、美票雾岳H