供水管道泄漏噪聲傳播特性及泄漏定位技術(shù)研究.pdf

1、供水管道泄漏不僅浪費寶貴的水資源和生產(chǎn)資金,而且會對管線本身、道路和建筑物的地基造成破壞,危害公共衛(wèi)生安全,因此,世界各國非常重視供水管道的漏損控制工作,發(fā)達(dá)國家很早就開展了檢漏技術(shù)及設(shè)備的研發(fā)工作。在眾多檢測儀器設(shè)備中,基于時延估計技術(shù)的相關(guān)檢漏儀是比較先進(jìn)的儀器,但由于主要是國外產(chǎn)品,價格比較昂貴,在我國只有大型自來水公司和專業(yè)管道檢修公司配備了這種儀器。在使用這種儀器時,檢漏人員往往只能被動地接受檢測結(jié)果。如果在儀器中采用合適的信

2、號處理技術(shù)對信號進(jìn)行分析,評估檢測效果,就能提高檢漏效率。將這樣的管道泄漏定位系統(tǒng)在供水行業(yè)普及和推廣,將會提高有效供水能力,產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
　　 正確認(rèn)識泄漏噪聲在供水管道中的傳播特性是采用合適的信號處理方法、提高漏點定位精度的前提。各種時延估計方法的性能取決于具體的應(yīng)用條件,時延估計的方差受制于信號的信噪比、帶寬和測量時間長度。由于管道中存在各種噪聲干擾,泄漏噪聲受漏孔狀況、水壓、管道材質(zhì)、埋設(shè)條件以及在傳播

3、中衰減等因素的影響,泄漏噪聲的信噪比、帶寬等特征千差萬別,而盡可能多地獲取泄漏噪聲的相關(guān)信息可以提高時延估計的精度。
　　 針對上述問題,論文的主要研究工作如下:
　　 ①根據(jù)泄漏噪聲產(chǎn)生機(jī)理和實際采集數(shù)據(jù)的分析,泄漏噪聲是高斯分布的隨機(jī)信號,雙譜時延估計方法不能應(yīng)用在供水管道泄漏定位中。聲導(dǎo)管理論表明,聲波以非頻散的平面波和頻散的高階聲模態(tài)形式在管道流體中傳播。在實際管道中,引起管壁徑向振動的主要是在管道水中傳播的聲波

4、,供水管道的泄漏定位是基于流體傳聲的泄漏定位技術(shù),泄漏噪聲平面波可以傳播較遠(yuǎn)的距離。以活塞在管道流體中運動產(chǎn)生微弱壓縮波和微弱膨脹波為模型,推導(dǎo)了彈性圓管流體中平面波的傳播速度公式。
　　 ②互功率譜相位譜從相位關(guān)系上反映了兩個信號的相關(guān)性,在泄漏噪聲以平面波傳播的頻段中,互譜相位譜的相位隨頻率呈線性變化;相干函數(shù)在頻域上反映了源信號的最小信噪比以及兩個信號的相關(guān)程度。因此,論文提出基于互譜分析的泄漏定位方法,根據(jù)互譜相位譜和相

5、干函數(shù)獲得泄漏噪聲的頻率范圍、信噪比等信息。由于實際檢測數(shù)據(jù)是有限的,在互譜的計算中,通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行合理地分段處理以減小隨機(jī)誤差和各種偏度誤差。在泄漏噪聲信噪比較低的情況下,在兩幀互譜相位譜中辨識出相位呈線性變化且變化趨勢一致的頻段,可以估計泄漏噪聲的頻帶。將兩幀互譜相位譜中的相位數(shù)據(jù)相減得到互譜相位差譜,在泄漏噪聲的頻帶內(nèi),相位差呈水平變化,易于人工和計算機(jī)輔助識別泄漏噪聲的頻率范圍。實際檢測中將互譜相位譜、互譜相位差譜和相干函數(shù)相結(jié)

6、合估計泄漏噪聲的頻帶,據(jù)此設(shè)置帶通濾波器的通頻帶,提高了泄漏噪聲的信噪比,因而提高了時延估計的精度和檢測結(jié)果的置信度?；プV分析的結(jié)果能夠?qū)z測效果作出評判,提高檢測效率。與SoundSens相關(guān)儀進(jìn)行了檢測比較,基于互譜分析的檢測方法提高了泄漏定位的精度和可信度,并可減少誤報。
　　 ③當(dāng)被檢管段上有多個泄漏時,會影響泄漏定位的效果。通過多源時延估計信號模型研究了多信源對時延估計和互譜分析的影響,分析了多源情況下互譜相位譜、互譜

7、相位差譜和相干函數(shù)的形態(tài)特征,可用于多漏點的辨識和定位,在實踐中驗證了應(yīng)用互譜分析檢測多漏點的效果。
　　 ④泄漏噪聲在管道中的傳播速度受管材、內(nèi)徑、壁厚等因素的影響,在某些情況下采用現(xiàn)場測量的方法可以獲得較準(zhǔn)確的聲速。當(dāng)被檢管段是由不同型號管道組成的異型管段時,用某種管道的聲速或平均聲速計算漏點位置會增大泄漏定位的誤差。供水管網(wǎng)的信息化提供了管線詳實的基本數(shù)據(jù),根據(jù)各段管道的長度和聲速可以提高定位精度,據(jù)此提出了異型管道泄漏定