流体输送管道泄漏声发射时频定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于管道泄漏检测技术领域，涉及一种流体输送管道泄漏声发射时频定位 方法。
【背景技术】
[0002] 管道作为一种高效便捷的流体输送方式已在石油、天然气等流体输运中广泛采 用。由于自然或人为原因：管道老化、腐蚀，地质沉降，不规范施工等，管道泄漏时有发生。 管道泄漏会引起资源浪费、环境污染，甚至爆炸、中毒等恶性事故，给人们的生命财产造成 严重的威胁。管道泄漏检测定位技术对于减小管道泄漏造成的危害是十分必要的。
[0003] 目前国内外采用的管道泄漏检测方法主要有流量平衡法、瞬时状态估计法、分布 式光纤法、压力梯度法、负压力波法、音波检漏法、统计决策法等。中国专利（CN103234121A) 对以上管道检漏方法进行了分析对比发现音波检测法具有灵敏度高、定位精度高、误报率 低、检测时间短、适应性强等优点，同时构建了一种基于音波信号的管道泄漏检测装置和检 测方法，提取泄漏音波的特征量，尽可能排除背景噪声及站内正常操作产生的干扰信号，降 低了误报率。该方法通过置于管内的音波传感器可以检测到泄漏瞬间产生的音波信号。当 管内流体逐渐趋于平稳时，检测的泄漏音波信号幅度也减少而趋于平稳。音波检测法可以 较准确的判断和定位泄漏。但由于瞬间音波出现时间短，要求有较高采样率的检测设备捕 捉信号；传感器安装要求对原有管道进行破坏性打孔，打孔安装不当将导致安装孔处流体 泄漏，存在一定的安全隐患，同时传感器与管内流体直接接触，要求传感器耐高压耐腐蚀。
[0004] 声发射技术作为一种实时在役的无损检测方法在流体输送管道泄漏检测中日益 受到人们的关注。声发射管道泄漏检测仅需要在管壁有限接触点获取泄漏引起的连续声发 射信号来便可实现对整个长距离管道的有效检测。中国专利（CN103062628A)公开了一种 基于声发射技术的埋地管道泄漏检测定位方法，克服现有泄漏检测技术的不足，结合小波 变换消噪和相关分析，实现了对埋地管道实时在役无损检测。该方法应用于长度为6米的 试验管道，利用声发射传感器在泄漏点两端管壁上同时获取两路声发射信号，利用互相关 对两路声发射信号进行延时估计来确定泄漏位置，定位误差为15. 2%。采用小波变换消噪 可以在检测管道长度较小时降低互相关定位误差，但定位误差仍在5%以上。这主要是因 为互相关定位方法要求泄漏声发射信号沿管道以恒定不变的声速传输，但实际上管道泄漏 声发射信号具有宽频带、频散及多模态等特性，不同的模态具有不同程度的频散和不同的 传输速度，即泄漏声发射信号在管道中的传播速度与频率和模态类型密切相关，恒定不变 的声度难以确定。如果直接对采集的声发射信号进行相关分析并定位泄漏，信号的相关性 弱，时延估计误差大；另一方面声速只能取频率范围内某一模态导波速度的平均值，这两点 会造成较大泄漏定位误差。因此基于互相关的声发射管道泄漏检测方法定位误差大，不适 合用于频散严重而恒定声速难以确定的情况。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种流体输送管道泄漏声发射时频定位方法， 该方法可以用于天然气，供水及其他流体混合物输送管道在泄漏声发射信号频散严重而声 速难以确定的情况下对泄漏点进行准确定位。
[0006] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] 一种流体输送管道泄漏声发射时频定位方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤一：利用管道泄漏点两端的声/振动传感器拾取声发射信号，将信号进行互 相关分析；
[0009] 步骤二：采用平滑伪Wigner-Ville时频分布对两路泄漏信号的互相关函数进行 时频分析；
[0010] 步骤三：管道泄漏时的信号互相关函数的时频谱存在峰值，提取其峰值对应的时 间和频率?目息；
[0011] 步骤四：峰值对应的时间信息为两观测信号的时间延迟，同时利用其频率信息通 过泄漏声发射主导模态的频散曲线查表确定泄漏声发射信号沿管道传播的速度；
[0012] 步骤五：根据时差定位原理，利用时间延迟和实时确定的声速来确定管道泄漏位 置。
[0013] 进一步，在步骤一中，泄漏点两端传感器拾取的泄漏信号为X1 (t)，X2 (t)，则两拾取 信号的互相关函数为：
【主权项】
1. 一种流体输送管道泄漏声发射时频定位方法，其特征在于：包括以下步骤： 步骤一：利用管道泄漏点两端的传感器观测声发射信号，将信号进行互相关分析； 步骤二：采用平滑伪Wigner-Ville时频分布对两路泄漏信号的互相关函数进行时频 分析； 步骤三：管道泄漏时的信号互相关函数的时频谱存在峰值，提取其峰值对应的时间和 频率信息； 步骤四：峰值对应的时间信息为两观测信号的时间延迟，同时利用其频率信息通过泄 漏声发射主导模态的频散曲线查表确定泄漏声发射信号沿管道传播的速度； 步骤五：根据时差定位原理，利用时间延迟和实时确定的声速来确定管道泄漏位置。
2. 根据权利要求1所述的一种流体输送管道泄漏声发射时频定位方法，其特征在于： 在步骤一中，泄漏点两端传感器拾取的泄漏信号为X 1 (t)，X2 (t)，则两拾取信号的互相关函 数为：
其中，τ表示两泄漏信号之间的时间延迟； 采用平滑伪Wigner-Ville时频分布来分析时变互相关函数的时间延迟与频率之间的 关系，即：
其中，表示两泄漏信号互相关函数的时频分布，平滑伪Wigner-Ville时频分 布为：
其中，h(t)为频域平滑函数，g(t)为时域平滑函数； 泄漏信号的互相关函数的时频分布叫的峰值对应的时间即为两泄漏信号之间 的时间延迟，峰值对应的频率为与时间延迟对应的两泄漏信号相干性最强的频率，即：
其中，6分别表示时频分布的峰值对应的峰值频率和两泄漏信号的时间延迟； 从而，泄漏点的位置可确定为：
其中，是表示估计的泄漏点到其中一个传感器的距离，d表示两传感器之间的距离，为 已知或通过现场测量获得；C(Otl)表示频率为Otl时的泄漏声发射信号在流体管道中的声 速，泄漏信号的声速随着频率的变化关系可以通过流体管道中主导模态导波的频散曲线获 得。
【专利摘要】本发明涉及一种流体输送管道泄漏声发射时频定位方法，包括以下步骤：利用安装在管道泄漏点两端的声/振动传感器拾取声发射信号，将拾取的声发射信号进行互相关分析；采用平滑伪Wigner-Ville时频分布对两路声发射信号的互相关函数进行时频分析；提取管道泄漏时的声发射信号的互相关函数的时频谱峰值对应的时间和频率信息；峰值对应的时间信息为两观测信号的时间延迟，利用其频率信息通过频散曲线查表确定泄漏声发射信号沿管道传播的速度；利用时间延迟和实时确定的声速来确定管道泄漏位置。该方法可以用于流体输送管道在泄漏声发射频散严重而声速难以确定的情况下对泄漏点进行准确定位，同时该方法提取单一频率泄漏信号的相关函数进行时延估计，增强了泄漏信号的相关程度，进一步减少泄漏定位误差。
【IPC分类】F17D5-06
【公开号】CN104747912
【申请号】CN201510196460
【发明人】李帅永, 王平
【申请人】重庆邮电大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月23日