[发明专利]一种气体管道泄漏声发射定位方法

说明书

技术领域

本发明属于输气管道故障诊断技术领域，尤其涉及一种气体管道泄漏声发射定位方法。

背景技术

天然气作为燃料因热值高、清洁，受到世界各国青睐。我国“十二五”规划指出要增加天然气消费，加快全国天然气管道建设，到2015年95％以上城市用上天然气。天然气是易燃易爆有毒气体，一旦发生管道泄漏，将威胁人们的生命财产安全。因此及时发现和定位天然气管道泄漏，对社会可持续发展具有重要意义。

目前天然气管道泄漏检测方法主要有管内探测球法、光纤传感器检测法、声学检测法等。管内探测球法利用检测球获得管线内壁缺陷的详细信息来检测定位。但这种检测方法一般适用于大口径管道，对分支多，管径多变的城市天然气管道并不适合。光纤检测法能快速检测微小泄漏，定位精度高。但需要沿管线铺设光纤，对已建管道须重新铺设，成本较高。声学检测方法包括管内音波法和管外声发射检测法。管内音波法，将传感器置于管道气体内，通过检测沿气体传播的泄漏声信号来定位，检测的信号形式简单，声速稳定，通过相关时延定位准确。但这种方法须对管道进行打孔安装传感器，传感器与管内气体接触要求传感器耐高压耐腐蚀。管外声发射检测方法通过采集管壁声信号进行定位，传感器安装方便，泄漏信号易获取，检测成本低。气体管道泄漏声发射信号沿管道传播能量主要集中在管壁。因此，管外声发射检测法对气体管道泄漏检测具有独特的优势。

导波在管道内外两边界面的反射和折射会产生模态转换，使导波有多种模态，泄漏信号组成形式复杂。导波在传播过程中存在频散，不同频率的导波波速不同。导波的多模态特性和频散特性使声发射的传播速度随模态成分和频率的不同而不同。对未经分解的泄漏声发射信号进行相关时延分析，并根据泄漏信号能量中起主要作用的模态导波波速计算定位，会产生较大的泄漏定位误差。因此，提取泄漏信号中频散小的单一模态导波进行相关定位非常重要。吴银锋、裴丽莹等人提出利用小波变换提取气体管道泄漏的高能量模态来进行相关时延定位，该方法通过实测声速进行定位，需要3只以上传感器检测泄漏信号；Rewerts等分析充液管道中波传播的频散特性，解析泄漏信号由多种模态导波组成，通过对泄漏源两端检测的声发射信号进行时间-频率变换和时间-空间变换来提取信号的单一模态，对两单一模态信号进行相关分析理论上实现泄漏声发射源的准确定位，但该模态提取方法需要获得两检测点附近±Δ范围内的声发射信号，即实际定位中泄漏源两端的每个检测点附近至少需要两只传感器同时采集信号；焦敬品、何存富等在Rewerts等人模态提取算法的基础上，根据某处传感器接收的导波波形可确定任意位置处的传播波形的原理，利用两只传感器拾取泄漏信号实现声发射单一模态定位，但实验结果显示对于充液管道泄漏，40m以内不同检测距离下，定位相对误差大多在4％以上，最高达13％，其定位误差较大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种气体管道泄漏声发射定位方法，根据导波理论，对检测信号互谱加窗，提取泄漏源声发射信号(简称泄漏源信号)中单一的且频散小的模态的互谱；对单一模态导波的互谱进行傅立叶反变换，得到互相关函数，从而估计距离差，实现泄漏源定位；通过互谱加高斯窗提取单一模态成分进行定位，减少多模态导波干扰，降低泄漏源定位的误差。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种气体管道泄漏声发射定位方法，包括以下几个步骤：

1、建立气体管道泄漏源信号和检测信号模型，检测信号通过气体管道泄漏声发射检测定位系统中泄漏源两端的第一传感器和第二传感器进行采集，所述检测信号包括泄漏源信号和噪声信号；

2、对第一传感器和第二传感器采集到的检测信号进行相关性分析，即互谱分析；

3、对检测信号的互谱加高斯窗，提取泄漏源信号中单一模态导波成分的互谱，即获得气体管道泄漏源信号频带范围内第i种模态导波成分的互谱；

4、泄漏源的定位：通过对第i种模态导波成分的互谱进行傅立叶反变换，获得第一传感器和第二传感器检测信号的互相关函数，从而计算第一传感器和第二传感器到泄漏源的距离，定位计算泄漏源的位置。

进一步的，所述气体管道泄漏声发射检测定位系统包括输气管网系统和声发射检测系统。

进一步的，所述输气管网系统包括依次连接的空气压缩机，储气罐以及气体管道，所述气体管道上设有放气阀。