地下压力管道泄漏检测方法、设备、系统及存储介质

技术领域

本发明涉及地下压力管道检测技术领域，特别是涉及一种地下压力管道泄漏检测方法、设备、系统及存储介质。

背景技术

压力管道泄漏检测及定位方法目前包括光纤检测法、负压波法、数学模型法和声波检测法等几种。在这几种检测方法中光纤检测方法定位准确但是成本较高，负压波成本较低但是只能对较大泄漏进行检测定位，而数学模型法则因为操作复杂、人员培训成本高而不具备实际的效用。

声波检测法因其具有较高的检测精度以及不破坏管道管体的优势是近年来压力管道泄漏检测研究的重点。声波法检测具有从零点几赫兹到几兆赫兹的宽范围的检测频率。检测的泄漏频率越高，对缺陷的识别越明显，而检测的泄漏的频率越低则具有越远的检测距离。

发明内容

本发明至少提供一种地下压力管道泄漏检测方法、设备、系统及存储介质。

本发明第一方面提供了一种地下压力管道泄漏检测方法，

所述地下压力管道泄漏检测方法包括：

采集所述地下压力管道的第一声波信号；

基于所述第一声波信号获取泄漏信号集中的频率带；

基于所述泄漏信号集中的频率带获取功率谱值；

判断所述功率谱值是否大于等于预设功率谱阈值；

若是，则确认所述地下压力管道产生泄漏。

本发明第二方面提供了一种电子设备，包括相互耦接的存储器和处理器，处理器用于执行存储器中存储的程序指令，以实现上述第一方面中的地下压力管道泄漏检测方法。

本发明第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序指令，程序指令被处理器执行时实现上述第一方面中的地下压力管道泄漏检测方法。

本发明第四方面提供了一种地下压力管道泄漏检测系统，所述地下压力管道泄漏检测系统包括：

管道本体；

声波检测探头，设置在所述管道本体上，用于获取所述管道本体的声波信号；

信号采集卡，连接所述声波检测探头，用于获取所述声波检测探头获取的声波信号；

计算机采集终端，连接所述信号采集卡，用于利用所述声波信号执行上述第一方面中的地下压力管道泄漏检测方法。

本发明中，通过采集地下压力管道的第一声波信号；基于第一声波信号获取泄漏信号集中的频率带；基于泄漏信号集中的频率带获取功率谱值；判断功率谱值是否大于等于预设功率谱阈值；若是，则确认地下压力管道产生泄漏。上述方案通过采集泄漏信号集中的功率谱值确认地下压力管道是否产生泄漏，能够有效提高泄漏检测的准确性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本发明。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1是本申请提供的地下压力管道泄漏检测系统一实施例的结构示意图；

图2是本申请提供的泄漏数据采集流程的示意图；

图3是本申请提供的泄漏数据采集模块框图；

图4是本申请提供的声波法泄漏检测原理图；

图5是本申请提供的地下压力管道泄漏检测方法一实施例的流程示意图；

图6是本申请提供的电子设备一实施例的框架示意图；

图7是本申请提供的计算机可读存储介质一实施例的框架示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

下面结合附图来详细描述本公开的具体实施方式。

请参阅图1，图1是本申请提供的地下压力管道泄漏检测系统一实施例的结构示意图。如图1所示，本实施例的地下压力管道泄漏检测系统100至少包括：管道本体11、声波检测探头12、信号采集卡13以及计算机采集终端14。

其中，管道本体11可以为安装在地下的实验管道，声波检测探头12包括声发射传感器，设置在管道本体11上，用于获取管道本体的声波信号；信号采集卡13连接声波检测探头12，用于获取声波检测探头12采集的声波信号。

进一步地，如图1所示，本实施例的地下压力管道泄漏检测系统100至少包括两个声波检测探头12，分别布置在管道本体11的两端，其中，至少两个声波检测探头12分别通过前置信号放大装置15连接信号采集卡13，以将采集到的声波信号传输到信号采集卡13。

具体地，地下压力管道泄漏检测系统100的信号采集过程请继续参阅图2，图2是本申请提供的泄漏数据采集流程的示意图。优选地，本实施例的声波检测探头12可以采用声波传感器1进行信号采集，前置信号放大装置15可以采用PAS前置放大器2，信号采集卡13可以采用NI数据采集卡3，计算机采集终端14可以采用labview上位机4。

其中，本实施例采用labview软件编写的现场信号处理上位机软件所包括和能够实现的功能包括但不限于：

1)调用底层USB串口接口，与硬件相连接通过USB接口将数据从高速A/D采集卡采集到上位机软件中。

(2)将原始信号在上位机软件中进行时域的显示，以便观察采集信号形态。

(3)对原始信号进行初步滤波处理，选用小波去噪算法，将算法移植到labview软件平台，进行实时的信号存储。

(4)对信号进行频谱分析，分析信号的频率特征，并将频谱在上位机上进行实时的显示，以方便判断是否有泄漏的发生。

(5)设计输入界面，可设置采集信号的频率、存储位置、采集形式等。并且设有报警灯，当泄漏发生时可以进行实时的软件报警。

(6)对经过滤波去噪后的信号进行功率谱分析，对功率谱密度进行积分，积分求得的功率谱值，将功率谱值同设定阈值进行比对，如果超出设定阈值即开启泄漏报警，同时根据泄漏经验值判断泄漏量的大小。

(7)对多个探头采集回的信号进行互相关计算，并给出互相关计算的结果，定位出泄漏点距检测探头的距离。

其中，图2进一步揭示了声波信号在上述地下压力管道泄漏检测系统100的流通关系。具体地，声波传感器1通过M5-KEY转BNC信号线与PAS前置放大器2相连接，PAS前置放大器2通过BNC同轴电缆与NI高速A/D数据采集卡3相连接，NI高速数据采集卡3通过USB线与上位机4相连接。

请继续结合图3的泄漏数据采集模块框图，第一路声波检测探头的声波传感器1采集压力管道泄漏信号，将泄漏声波信号转换为模拟电信号，并经过第一个PAS前置放大器2放大后传入NI高速A/D数据采集卡3；第二路声波检测探头的声波传感器4采集压力管道泄漏信号，将泄漏声波信号转换为模拟电信号，并经过第二个PAS前置放大器5放大后传入NI高速A/D数据采集卡3。在A/D模块中转成数字信号后，再传递给labview上位机6，并调用泄漏信号识别算法8和泄漏点定位算法7进行处理。

具体地，本公开实施例采用声波法进行管道泄漏检测的原理请参阅图4，图4是本申请提供的声波法泄漏检测原理图。如图4所示，当泄漏发生时，管道内外存在的压力差，使泄漏的液体在通过裂缝或漏点时形成涡流，涡流产生震荡变化的声波和压力波动。泄漏产生的声波会产生声场，而要检测泄漏的发生即是利用拾音传感器对泄漏声场进行检测。声波在产生和传播过程中会以不同的方式进行扩展，通过扩展方式的不同可分为存在于介质中的纵波和存在于管壁固体中的横波，以及存在于固体表面的表面波。由于固体中的纵波、横波和表面波衰减很大，所以一般声波传感器检测到的为存在于介质中的纵波。声波传感器器检测到声波扩散的纵波后，会将声波信号转化成模拟电压信号。模拟电压信号会被传输到前置信号放大装置中进行放大。放大后的电压信号，传输到用于信号采集的高速A/D采集卡中转换成数字信号，数字信号通过USB接口传输到数据处理中断进行响应数据处理。

下面进一步对图1的地下压力管道泄漏检测系统100进行说明，管道本体11部分还包括耐震压力传感器16、节流阀17、可调压柱塞泵18、液体流量计19以及蓄水罐110。需要说明的是，这部分对管道本体11的说明只是对管道本体11的详细介绍，并不会对本申请的地下压力管道泄漏检测系统100保护范围进行限制。

本实施例的搭建的地下压力管道泄漏检测系统100可用于进行管道泄漏相关因素的特性分析，为管道施工及合理布置提供参考依据；另外本实施例的地下压力管道泄漏检测系统100基于labview软件搭建了PC端上位机系统，能够实现数据在本地实时处理，实时报警和定位的功能。

需要说明的是，上述地下压力管道泄漏检测系统100的组件也可以选用其他合理的装置，在此不再赘述。

下面，基于上述介绍的地下压力管道泄漏检测系统100对本申请的地下压力管道泄漏检测方法进行具体说明，具体请参阅图5，图5是本申请提供的地下压力管道泄漏检测方法一实施例的流程示意图。

具体而言，本实施例的地下压力管道泄漏检测方法包括以下步骤：

步骤S501：采集地下压力管道的第一声波信号。

其中，在正式检测之前，工作人员需要事先设置好上述地下压力管道泄漏检测系统100。具体设置过程如下：

(1)搭建如图1所示实验管道和供水装置，在管道上开取不同泄漏孔径的泄漏孔，并且配有相配套的堵丝，以便进行不同泄漏孔径的泄漏实验。

(2)将管道本体的管壁上贴合声波传感器的地方，用砂纸打磨干净，涂抹上超声探测仪专用耦合剂，将声波传感器贴合上管道本体，并且采用专用的探头夹具将声波传感器与管壁上涂抹耦合剂的地方压紧。图1中的所有探头所采用夹具和处理方式应完全相同。

(3)将至少两路探头分别同各自对应的前置运算放大器相连接，前置运算放大器可对探头采集的声波信号进行不同幅度的放大，放大幅度可调。

(4)至少两个前置运算放大器都接入高速A/D信号采集卡。

(5)高速A/D信号采集卡接入到计算机数据采集终端上。

(6)计算机数据采集终端由PC机和其上运行的基于labview的数据采集上位机组成。上位机通过绑定数据接收串口获取从高速A/D信号采集卡传来的数据。

(7)将采集到的原始数据，绘制时域图像并在上位机进行实时显示。

进一步地，本实施例的地下压力管道泄漏检测方法可以通过调节调压泵的压力、泄漏孔径的大小和探头到泄漏点的距离，来探究以上几种因素对泄漏信号的影响效果。

在本步骤中，检测系统通过声波检测探头采集地下压力管道的第一声波信号

步骤S502：基于第一声波信号获取泄漏信号集中的频率带。

其中，检测系统将采集到的第一声波信号进行小波去噪处理，取出第一声波信号的一些噪声信号。小波信号因其优越的工程特性而被广泛的使用，利用小波信号处理管道泄漏信号数据，能够取得较好的结果。

检测系统进一步将去噪后的第一声波信号进行带通滤波处理，取出第一声波信号中泄漏信号集中的频率带。

步骤S503：基于泄漏信号集中的频率带获取功率谱值。

其中，检测系统对泄漏信号集中的频率带进行功率谱密度计算，绘制出功率谱密度曲线。然后，检测系统进一步将功率谱密度曲线进行积分处理，获得泄漏信号的功率谱值。

步骤S504：判断功率谱值是否大于等于预设功率谱阈值。

其中，检测系统将泄漏信号的功率谱值与预设功率谱阈值进行比较，根据比较结果判断是否产生泄漏以及确认泄漏量的多少。具体地，当泄漏信号的功率谱值大于等于预设功率谱阈值时，进入步骤S505。

步骤S505：确认地下压力管道产生泄漏。

其中，检测系统确认地下压力管道产生泄漏，触发上位机中的报警按钮，进行泄漏报警。

进一步地，检测系统计算泄漏信号的功率谱值与预设功率谱阈值的差值，然后根据该差值以及预设的换算公式计算地下压力管道产生的泄漏量，或者查阅预设的差值-泄漏量表获取地下压力管道产生的泄漏量。

除了确认地下压力管道是否产生泄漏以及泄漏量的多少以外，本实施例的检测系统还可以进一步对管道本体上的泄漏点进行定位，具体步骤如下：

其中，第一声波信号包括至少两路第二声波信号，至少两路第二声波信号分别由两个或以上布置在地下压力管道上的探头采集得到。检测系统对带通滤波去噪后的至少两路第二声波信号进行互相关分析，获取至少两路第二声波信号之间的时延差时间；将获得的时延差时间代入时延估计计算公式计算出泄漏点距两探头的距离。

本实施例的地下压力管道泄漏检测方法可以通过小波去噪结合功率谱密度方法，定量的分析采集信号；通过阈值判断的方法，判断是否发生了泄漏，泄漏量的大小。相较于现有技术，提高了泄漏判断的准确率，降低了误报率，能够对泄漏状况做出初步评估。本实施例的地下压力管道泄漏检测方法还可以通过将小波去噪、带通滤波和互相关时延估计相结合的方式对多路探头采集信号进行相关分析，求得时延差定位出泄漏点的位置，与现有技术相比提高了定位的精度。

请参阅图6，图6是本申请提供的电子设备一实施例的框架示意图。电子设备60包括相互耦接的存储器61和处理器62，处理器62用于执行存储器61中存储的程序指令，以实现上述任一地下压力管道泄漏检测方法实施例中的步骤。在一个具体的实施场景中，电子设备60可以包括但不限于：微型计算机、服务器，此外，电子设备60还可以包括笔记本电脑、平板电脑等移动设备，在此不做限定。

具体而言，处理器62用于控制其自身以及存储器61以实现上述任一地下压力管道泄漏检测方法实施例中的步骤。处理器62还可以称为CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)。处理器62可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器62还可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。另外，处理器62可以由集成电路芯片共同实现。

请参阅图7，图7是本申请提供的计算机可读存储介质一实施例的框架示意图。计算机可读存储介质70存储有能够被处理器运行的程序指令701，程序指令701用于实现上述任一地下压力管道泄漏检测方法实施例中的步骤。

在一些实施例中，本公开实施例提供的装置具有的功能或包含的模块可以用于执行上文方法实施例描述的方法，其具体实现可以参照上文方法实施例的描述，为了简洁，这里不再赘述。

上文对各个实施例的描述倾向于强调各个实施例之间的不同之处，其相同或相似之处可以互相参考，为了简洁，本文不再赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性、机械或其它的形式。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施方式方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本说明书的上述描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“固定”、“安装”、“相连”或“连接”等术语应该做广义的理解。例如，就术语“连接”来说，其可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。因此，除非本说明书另有明确的限定，本领域技术人员可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

根据本说明书的上述描述，本领域技术人员还可以理解如下使用的术语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”、“中心”、“纵向”、“横向”、“顺时针”或“逆时针”等指示方位或位置关系的术语是基于本说明书的附图所示的方位或位置关系的，其仅是为了便于阐述本发明的方案和简化描述的目的，而不是明示或暗示所涉及的装置或元件必须要具有所述特定的方位、以特定的方位来构造和进行操作，因此上述的方位或位置关系术语不能被理解或解释为对本发明方案的限制。

另外，本说明书中所使用的术语“第一”或“第二”等用于指代编号或序数的术语仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”或“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体的限定。

虽然本说明书已经示出和描述了本发明的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本发明思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本发明的过程中，可以采用对本文所描述的本发明实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本发明的保护范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的模块组成、等同或替代方案。