第33卷第2期2011年4月沈阳工业大学学报Journal of Shenyang Un i v ersity of Tec hnology
V o l 33No 2Apr 2011
收稿日期:2009-10-15.
基金项目:国家自然科学基金仪表专项基金资助项目(60927004.
(, 男, , , , .
信息科学与工程
文章编号:1000-1646(2011 02-0183-05
供水管道泄漏声信号特性
杨理践, 张禄, 高松巍
(沈阳工业大学信息科学与工程学院, 沈阳110870
摘要:为了对供水管道泄漏声波信号进行检测, 分析了管道泄漏声波的产生机理、检测原理和管道泄漏声波信号的频率特性及衰减特性. 采用CS 3型水听器在模拟供水管道的环境中进行管道泄漏实验, 采用M ATLA B 软件对实验采集到的泄漏声波信号进行分析. 结果表明, 管道泄漏的声波是60~70H z 的低频信号, 其中稳定泄漏和末端泄漏的衰减特性不同, 实验结果证明了管内听音技术用于检测供水管道泄漏信号的准确性和该检测技术的可行性.
关键词:供水管道; 管道泄漏; 泄漏信号; 管内听音; 水听器; 信号处理; 频率特性; 声强衰减中图分类号:TE 973 6 文献标志码:A
A cousti c si gnal characteristic for water suppl y pi peli ne leakage
YANG L i jian , ZHANG L u , GAO Song w e i
(Scho o l of Info r m ati on Sc i ence and Eng ineer i ng , Sheny ang U n i v ersity o f T echno l o gy, Shenyang 110870, Ch i na
Abst ract :In o r der to detect t h e acoustic signa l o f w ater supp ly p i p e li n e leakag e , the generating m echan is m and detecti n g pri n ciple of pi p eli n e leakage sound w av e asw ell as the frequency and attenuation c haracteristics of pipe li n e leakage acoustic si g nal w ere analyzed . The p i p eline leakage experi m ents w ere i m p l e m ented i n t h e si m ulated w a ter supp l y pipe li n e usi n g the CS 3type hydrophone , and the leakage acoustic signa ls co llected i n the experi m en tw ere ana l y zed by M ATLAB so ft w are . The results show t h at the sound w ave o f pi p e line l e akage is the l o w frequency signa l o f 60to 70H z , w here t h e attenuation characteristics o f stable leakag e and end leakage are differen. t The experi m ental results pr o ve that t h e listening techno logy inside pi p e is accur ate fo r detecting the l e akage si g na l of w ater suppl y pi p e line and the detecti n g techno logy is feasible . K ey w ords :w ater supply pipe line ; pi p e line l e akage ; leakage si g na; l listen i n g i n si d e p i p e ; hydrophone ;
si g nal pro cessing ; frequency characteristic ; so und attenuation 供水管道泄漏不仅浪费宝贵的水资源和生产资源, 而且对管道自身、建筑物和公路的地基造成
破坏, 经济损失巨大. 由于管道泄漏, 使得外界污染物从管道破损处进入供水系统, 从而给供水系统和公共卫生带来危害. 正是由于一些无法预测和无法控制等因素的影响, 管道在运行过程中经常遭受不同程度的破坏. 管道遭受破坏的形式多种多样, 通常为细小裂缝和孔洞, 多数情况下水不是直接从漏损处流出地面, 因而不能直接通过目
视来检测泄漏点, 因此, 管道的泄漏检测一直是管道安全运行的一项重要内容. 目前, 常用的检测方
法有流量法、压力法、化学法和应力波法等, 这些方法应用起来比较复杂, 在确定管道泄漏时误差比较大, 因此, 本文采用声学方法来检测管道的泄漏. 管内听音的
声学检测方法对管道泄漏的检测具有灵敏度高、误差小和检测频率范围广等优点, 更加适合供水管道泄漏的情况.
1 管道内泄漏声波理论
1 1 管道泄漏声波的产生机理
供水管道发生泄漏时, 泄漏点因受管道内外压差的影响而造成局部振动, 使整个管道产生不同频率的振动. 该振动源以声波形式通过管道中的介质水向管道两端迅速传播, 因此产生漏水声波. 声波在流体介质中主要以平面波的纵波形式
传播, 其传播的速度在不同规格管道中不同[1]
. 通过对管道内传播的声波信号进行分析, 可以检测出管道是否发生泄漏. 管道泄漏时声波的传播特性是本文研究的重点.
1 2 管道内泄漏信号声学模型建立
若管道内的流体为理想流体, 则具有轴向均匀
流动的流场波动方程, 其柱坐标系下的形式[2]
为
2
x 2+c 22
t
2=0 (1
式中, c 为波的传播速度.
满足式(1 的声压场的解为
