[发明专利]一种水下油气管道泄漏检测与定位的方法及控制系统

权利要求书

1.一种水下油气管道泄漏检测与定位的方法，在油气管道(3)所处的水域空间(1)内设置n个水声传感器阵列单元(2)，n为正整数，n≥2，将所述油气管道(3)分为m个声源点(4)，m为正整数，m≥2，当所述油气管道(3)发生泄漏时，对于水域空间(1)内处于所述油气管道(3)上的任意位置，其坐标位置设为(x,y)，所述水下油气管道泄漏检测与定位的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：对水声传感器阵列单元(2)接收到的声信号进行傅里叶变换，获得频域信号；分析频域特征，研究泄漏气泡声分布频段；

步骤二：计算水域空间(1)内处于所述油气管道(3)上的任意位置因各声源点(4)直达波作用而产生的第一声场信息；

步骤三：根据虚声源法原理，建立声源点(4)相对于水域空间(1)边界的虚声源，所述水域空间(1)边界为任意实际边界环境，根据虚声源位置计算水域空间(1)内处于所述油气管道(3)上的任意位置的一次反射声场信息；

步骤四：根据一阶虚声源位置建立相对于水域空间(1)边界的二阶虚声源，根据二阶虚声源位置计算水域空间(1)内处于所述油气管道(3)上的任意位置的二次反射声场信息；

步骤五：将所述步骤二、所述步骤三、所述步骤四中的声场叠加，计算相位角；

步骤六：以所述步骤五计算结果作为延时校准依据，采用近场波束形成方法对油气管道上所有声源点(4)进行波束扫描，获得空间滤波输出；

步骤七：比较各个传感器单元接收声信号能量大小，结合所述步骤六的空间滤波输出结果SPL_m，根据现场环境设定检测阈值，找出能量超出阈值的方位，判定为泄漏点位置，完成泄漏点的精确定位。

2.根据权利要求1所述的一种水下油气管道泄漏检测与定位的方法，其特征在于，所述步骤一中对水声传感器阵列单元(2)接收到的声信号进行的傅里叶变换为：其中，n为所述水声传感器阵列上的单元序号，f_n(t)为该单元接收到的时域信号，F_n(ω)为经过傅里叶变换后的频域信号。

3.根据权利要求1或2所述的一种水下油气管道泄漏检测与定位的方法，其特征在于，所述步骤二中所述各声源点(4)产生的直达波作用下的声场计算方法为：P_(m,x,y)＝Ae^j(ωt-kr)/r_(m,x,y)，其中，A为振幅，k为波数，r_(m,x,y)为第m个声源点到达坐标位置(x,y)的直达波声程，P_(m,x,y)为此处直达波声压大小。

4.根据权利要求1或2所述的一种水下油气管道泄漏检测与定位的方法，其特征在于，所述步骤三中所述一阶虚声源点作用下的声场计算方法为：P_i′_(m,x,y)＝R_iAe^j(ωt-kr)/r_i′_(m,x,y)，其中，R_i为边界i的反射系数，r′_i(m,x,y)为第m个声源点相对于边界i产生的虚声源点到达坐标位置(x,y)的直达波声程，P_i′_(m,x,y)为该位置在第m个声源点相对于边界i的虚声源作用下的一次反射声压。

5.根据权利要求1或2所述的一种水下油气管道泄漏检测与定位的方法，其特征在于，所述步骤四中所述二阶虚声源点作用下的声场计算方法为：P_ij″_(m,x,y)＝R_ijAe^j(ωt-kr)/r_ij″_(m,x,y)，其中，R_ij为边界i和边界j的反射系数，r″_ij(m,x,y)为第m个声源点相对于边界i和边界j产生的二阶虚声源点到达坐标位置(x,y)的直达波声程，P″_ij(m,x,y)为该位置在第m个声源点相对于边界i和边界j的二阶虚声源作用下的二次反射声压。