供水管道泄漏噪聲傳播特性及泄漏定位技術分析

1、供水管道泄漏噪聲傳播特性及泄漏定位技術分析中文摘要中文摘要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、道和建筑物的地基造成破壞，危害公共衛(wèi)生安全，家很早就開展了檢漏技術及設備的研發(fā)工作。在眾多關檢漏儀是比較先進的儀器，但由于主fI謹是國外產(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號處理技術對信號進行分析，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充在供水行業(yè)普及和推廣，將會提高有效門:供水能力，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。，工正確認識泄漏噪聲在供

2、水管道中的傳播特性是采用合適的信號處理方法、提:估漏的聲干擾，泄漏噪聲受漏孔狀沖、水壓、管道材質(zhì)、埋設條件以及在傳播中衰減等富因素的影響，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!：徒用祀丁腐忙勺“上紀仁卜辻詁計根據(jù)泄漏噪聲產(chǎn)生機理和實際采集數(shù)據(jù)的分析，泄漏噪聲是高斯分布的隨叱機信號，雙譜時延估計方法不能應用在供水管道泄漏定位中。聲導管理論表明，.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，引起管壁徑何振動的主要是在管道水中傳播的聲波，供水管道的峽定位是川基于流體傳聲的泄漏

3、定位技術,泄漏噪聲平面波可以傳播較遠的距離。以活塞在，J管道n流體中平，世界各國非常重視供水管道的漏損控制工作，發(fā)達國檢測儀器設備中，基于時延估計技術的相位精度信噪比、帶寬和測的性能存在各種噪于流體傳聲的泄漏定位技術，泄漏噪聲平面波可以傳播丈管道流體I中運動產(chǎn)生微弱壓縮波和微弱膨脹波為模型，推導了彈性圓管度公式f關性，在泄漏噪聲以波傳播的頻段中,互譜相位譜的相位隨頻率呈線性變化；相干函數(shù)在頻域上反導目映了源信號的最小信噪比以及兩個信號的相關程度。因此，蹴提出基于互譜/-1漏定位方法,根據(jù)互譜相位譜和相干函數(shù)獲得泄漏噪聲的頻率諦信噪町等信息。由于實際檢測數(shù)據(jù)是有限的,在互譜的計算中，通過對藪據(jù)進

4、行合理技地分段處理以減小隨機誤差和各種偏度誤差。在泄漏噪聲信噪比較低的情況下,省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，在泄漏互功率譜柑位譜從相位關系上反映了兩個信號的相關性，在泄漏噪聲以平面波傳播的頻段中，互譜相悝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倍噪比以及兩個信號的相關程度$因此，論文提出基于互譜分析的泄漏定也方袪，根據(jù)互譜相位譜和相干函數(shù)茯得泄漏噪聲的頻率范圍.信噪比等信息由于實際檢測數(shù)拯是有限的.在互譜的計算中，通過對數(shù)據(jù)進行合理地分段處理以減小隨機誤差和各種偏度誤菱。

5、在泄漏噪聲信噪比較低的情況下，在兩懺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，在泄漏重慶大學博十學位論文重慶大學博十學位論文IIII噪聲的頻帶內(nèi)，相位差呈水平變化，易于人工和計算機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)合估計泄漏噪聲的頻帶，據(jù)此設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。互譜分斤的結(jié)果能夠?qū)z測效果作出評判，提高檢測效率。與PSOUndse亦:相關儀進行了檢測比較,基于互譜分伸的檢測方法提高了泄漏定位的I精

6、度和可信度，并可減少誤報。I:址當被檢管段上有多個泄漏時，會影響泄漏定位的效果。通過多源時延估計吐信號模型研究了多信源對時延估計和互譜分擁的影響,分斤了多源情況下互譜相汶位譜、互譜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，在實踐中驗信號泄漏噪聲在管道中的屬速度受議腑、壁厚等因素的影響況在某些相情況下采用現(xiàn)場測量的方法可滋得較準酈聲速。當被檢管段是由不同型號管曲位的誤差。供1帶，的效果。出詁定它的浪呈：莊以召冷H：衛(wèi)詁-J段時、管網(wǎng)信息化官道的提供了聲速確的聲速籃被檢管段置會不大型號/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位的計算方法

7、并給出檢測些實例和程序算法。檢測系統(tǒng)增加這兩個輔助功能可以提高其適應某些復雜檢測條它件的能力。羽石戟時匕時注!疋辻氏平切云:：與帝土忖霄訣丿割I汁上卍門在虛擬儀器開發(fā)平臺LabviEW上實現(xiàn)了檢測程序。關鍵詞：供知道，泄漏定位，聲導和聲速可以提高定位稱度，據(jù)此提出了異型管道泄漏定位的計算方法并給出檢測管，時延估計，互譜分斤汛譏凹乍輔fil.J.r.；：可展繪訂山H乜:卄肌民件的能力。在虛擬儀器開發(fā)平臺LabVIEW上實現(xiàn)了檢測程序。關鍵詞：供水管道，泄漏定位，聲導管，時延估計，互譜分析water,SOtheleaklocatinisat學牌中尋位sound.Theplanewaveofwate

8、r,SOtheleaklocatinisat學牌中尋位sound.Theplanewaveof英文摘要英文摘耍ABSTRACTLeakagenotonlywastesbothPOUm1Watiesouesandproductionfunds,butalsoakendangersthepipenetworkitselfandthefoundationsofroadsandbuildingsandcausespublichealthrisk.Theneedtoconservewatermotivatesallcountriesoftheworldto訕人爲渺碼癱四嘛莊罟PlrOgrad.Thett

9、echiquim已and叫quipdinum如匯butalsoendleakagelocat比肥砥“為站煽忠醫(yī)憐總息豊評me酬即買躺船咂輜耗口陋ThesesdWilrWIULLUUV4-ensive,SO匚入制detictionthem.Whenkaksupply-companiesandprofessionalpipelinedetectioncompanies*possessusing釀利駅煤咆ak%廐油需氐監(jiān)監(jiān)訕沽卅e聘鹽si蚪y(tǒng)detect搦皿展即叫啊hThesedevic磔aremainlymusedacturedabroadand.expensive,sothatonlylarge

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11、okahjoni埠口般衛(wèi)凸)!propagationfcharacffiMticirlfi?kage訓osem苛和呼k期恤iicorrecflQ.delawiesuimatiioHi1ddxolpaeticulari曲梅優(yōu)竹弧逬d.conditioi.護詁呪硝H雎城刖徒t曲皆痕謝1艇noise,measuring!timeinterval.arevariousunwantdactensCicsorIdJcagenoisemustbeknownwrrectly;Theinterferencenoisesinpipelineandthereareseveralfactorsinfluencingt

12、heleakqgen.oise，performanceof磁號metZ,sittipedelayestLmationdependsonparncularapplicationsuchasorificetype敘今.SySlFess.ure,pipematerialscompositionDfthegroundaydconditioirThevarianceoftimeddayestimation諂subjecttosignal-to-noiseratioandsoundattenuationinpropagation.Thecharacteristicsofleakagenoise,such廣

13、bandwidthofleakage且輛帛measuringtimeinterval.Therearevariousunwantedsignal-tnoiseratiobandwidthJofleakagenoise,dependontheparticularchcter帰犠*流長冊曲皿諷sh贍器；：豊腫隘吧蹲朝加轎站甌are,rgebandwidthofleakagethepropagationdtar；interferencenoisesinsoundgnqijmaiiKLWbrkuoAdthi比HaesismiSasfo)llowsT：n,Thediancteristies“fk：止咚T

14、ioise.SLich必H(i)Based展analysisof痕訓他呻祁縣1;避電11勺妙鴻顯咻應leakagepnotismBFdco|l貂芯眼和熬拼應霑簞與刖虻iMo御8gnakthatmeets州會刊応0thebispectrumtimedelayestimationmethod.couldntbeusedinleaklocationofimprovedoygettingmoreavailablelnfomiatjonoileakagenoise,waterpipeline.Acoustic】ducttheoryshowsthatacousticwaveinthewaterwithin

15、pipeJncmamworkmthisthesisisasfollows:月comprisesbothnon-dispersiveplanewaveandispersivehigherorderacousticmodes.The*adia憎brationfipew腫曙醮薩exceedbythsundtravelingSothebispectnitntimedelayestimationmethodcouldntbeusedinleaklocationofwaterpipeline,AcousticducttheoryshowsIfhatacousticwaveinthewaterwithinp

16、ipecomprisesbothnorniispersiveplantwaveanddispersivehigherorderacousticmodes.Theradialvibrationofpipewallispredominantlyexcitedbythesoundtravelinginleakagenoisepropagatelongerdistanceinwater.Basedonthemodelthatamovingpistoninawater-filledpipeproducesaninfinitesimalcompressionwaveand別掘聊臨護ex細sqo汽紂哪efm

17、uia叫比畫淋雅謝凡即潮汎陥QiastiiJdlirisdiPPaatelongerdistanceinwater.Basedonthemodelthat亂皿譏嗚疋蔥空衛(wèi)盤叫聰trummphases円曲舲therelationibetLe的叫ignaiSfromthphlseieiatfioniShiyiiiMhe閉haseis認inear誡機freqUenc汀訊建hecRosSspectranphakspecrtrum那題靶曲1戰(zhàn)甲出專陽贏adgethatleakagoisepropagainplanewaveThecoherencefunctionshowstheleastsignalto

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20、genoisdcalbecase運sti艇edby艦曲昕佩順皿覘衆(zhòng)計肘岷aranduniformi護曲忠!卿撤冒alsdifferencefipii鷗蝎詢能。遜。ss.fspectwLphasesspaittra.itfithfruquentyof汀1eaiage臚戸恥theaasf強re冊認呷盤門椚的崩聲庇i硬臨牡biseism甌estimatedb斶tf舉醍懇mpuJer爲de討愉ifcation耽琳ticek內(nèi)闕b訊器鵡“能乍歆用as晶sp囂um；%c;ossspe譽ah：ph業(yè)林器譏爲叫詢ohereftcefunction,thebandofleaknoiseisobtainedand

21、thepassbandsofbanassdifferenceofphasedataoftwocross-spectralphasespectra.Inthefrequencyrari網(wǎng)oroftimeestimationandconfidenceof.leakLeakagenoise,thwis謁甜呦1,sotheitufncyrangeoFiekageareimprovedduetotheimprovementofsignal-to一noiseratiooleakagenoise.Theeffectf如畠血眺耐転呱aluate護thro跖哩poweNspeWKmanalysis，宙測嚨tec

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24、rspectralanalysis.Theshapefeatureofcmss-spectnimphasespectrurn,cross-spectralphasedifferencespectrumandthecoherencefunctionisanalysedinthecaseofmultiplesources.ThatcanbeusedtoidentifyandLocatemultipleleaks.Inpractice,theeffectsofapplyingcross-powerspectralanalysistodetectmtiphhakvalidated*spectralan

25、alysistodetectmtiphhakvalidated*VVonthepipematerial，Tllevelocityofplanewavewithinthepipedependsmaidyintenlaldi卡鋤etWS*11thickness,etc.Themethodstogetmorespectralanalysistodetectmultipleleaksarevalidated.ofdlfierent；,熾戀0謎曲hrMt除.t網(wǎng)f鹹贏常誡囲缶漏霊詢期幀鍛pipttnateri；曲翹即nfrmBttZatkon礙feWGe：ThBpplylwfitwohkgetvrosE

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27、ke怡the腰囁艸計軸孤罕餾c抵您前komecomplextestconditions*-lengthandvelocityofeachlittlesegmentThecalculationmethodispresentedpaatto肌Thedetectionapplicationisbuiltinthevirtua1instrumentdevehpingdetectionsystemtoadapttosomecomplextestconditions,Thedetectionapplicationis.builtinthevirtualinstrument麻弭押；幾関厲徹命申+八KeyWr

28、ds:WatersEpypipeline,Leaklocatin，學cousticductTimeelJayestimation,Cross,powerspectralanalysisdetectionsystemtoadapttosomeKeywords:Watersupplypipeline.LeakLocation,Acousticduct,Timedelayestimation,Cross-powerspectralanalysts1緒論1緒論1.1水危機與供水管道漏損控制的意義水是生命之源，陸地上所有的部分，如果失去體重15%20%的水量，生理機能就會停止。地球的儲水量中絕大部分是海

29、水機陸地淡水僅占詬扌8鮭耦與人類生活密切的江河、淡水湖和淺層地下水等淡水,又僅占淡水儲量的扌i34%【i】。（人逍1的迅速增力加和城市化的加速、日趨嚴重的水污染以毀全球氣候變化是導致缺水的主要原斟聯(lián)合國的人類環(huán)境和世界會議己發(fā)出警告：人類在石油危機之后，下一個危機就是水。保護和有效合地利用水資源,是世界各國政府面臨的一項緊迫任務。我國的淡水資源總量占全球水資源的時，,居世界第四位，但人均占有量為世位油是嚴重缺水的國詠堿國緊缺的水和巒源在時間和空間上的平的提高和人口的增加，很多地區(qū)特別是在題，有些嚴重缺水的城市已采取污水回用的007年初的降措施生命都要依賴淡水。人體內(nèi)的水分占體重的大界人均占有斷

30、發(fā)生水資源短江匯合1魅的重卿喺0卿遭受了百年一遇的特大干旱,水量僅為正常降水；量的丑成左右。由于長江和嘉陵江水位罐下降，導致主城供水系統(tǒng)取水困難,謹慶市主城區(qū)一度有負葡萬買面臨缺水危機冷】。找址從自然水到能直接飲用的自來水，要使用物理、化學、生物等方法進行水質(zhì)處理，一般要經(jīng)過反應、絮凝、沉淀、過濾和消i而取水、加壓供水還要消耗的電能。從水資源的匱乏和水的制備過程考慮，自來水的成本是很高的t儀專:衛(wèi)坷與世界發(fā)達國家相比，我國用水模武粗放卜不合理地利用和浪費導致?lián)p失一亦.半以上的水資源。因此,借鑒國外先進節(jié)水經(jīng)驗，改變生活習慣、注意節(jié)約用水、提高水資源利用離是緩解解日益緊張的用水狀況的有效途徑。另

31、外卜國外許多城市m還非常注重供水管網(wǎng)系統(tǒng)的檢漏工作卜及早發(fā)現(xiàn)輸并及時修復。磁達國家的管消耗%：-1隸冊供瞬%萬噸的備當可觀詼算卜則一天多損失4質(zhì)環(huán)境變化叫地震、滑坡等一）溫度變化、水的管壁爛洞，管，而道泄漏造,萬噸，經(jīng)濟埋地供壓過高、操作不當產(chǎn)生水錘或地面重壓引起的爆管，銹蝕、雜散電流腐蝕等引起道接站和閥門、消防栓等附件漏水【】側(cè)。供水管道泄漏不僅浪費寶貴的水資源和生產(chǎn)資金且對管道自身洱建筑物和公路的地基造旺成破壞，污物也可能從管道破損處進入供:水系統(tǒng)給公共衛(wèi)生帶來危害。在水資源AM掃水裁畑心業(yè)I黒則一丸狂:肘丿高咼噸，經(jīng)濟損失達11萬元人民幣，全年的損失是相當可觀的。埋地供水管道發(fā)生泄漏的原

32、因很多，如由于地質(zhì)環(huán)境變化（地蕊.滑坡等人溫度變化*水壓過高、操作不當產(chǎn)生水擺或地面重壓引起的爆管，銹蝕、雜散電流腐蝕等引起的管壁爛洞，管道接口和閥門、消防桂等附件漏水阿彳叫供水管道泄漏不僅浪費寶貴的水資源和生產(chǎn)資金，而且對管道自身、建筑物和公路的地基造成械壞，齊物也可能從管道破損處進入供水系統(tǒng)給公共衛(wèi)生帯來危害。在水資源1緒論1緒論重慶大學博十學位論文日趨緊張的情況下，減少漏水既降低了給水成本，也相當于新辟了水源，因此，及時、準確地定位管道泄漏點具有幕著的經(jīng)濟意義和深遠的社會意義。美國自來水道協(xié)會、英國水研究中心、德國燃氣自來水行業(yè)聯(lián)合會等很早就開展了檢漏技術及設備的研發(fā)工【8】.10】,取

33、得了可觀的經(jīng)濟效益。我國的城鎮(zhèn)供水協(xié)會也成立了給水管道專業(yè)委員會，積極開展漏損控制工作。建設部為加強城市供水管網(wǎng)漏損控制,合理利用水資源,降低城市供水成本,經(jīng)過認真總結(jié)國內(nèi)、外的實踐經(jīng)驗會在詭年制定了城市供水管網(wǎng)漏損控制及評定標準斤N1q。開展了檢漏技術及設備的研發(fā)工作NW嘰取得了可觀的經(jīng)擠效益。我國的城鎮(zhèn)供如2供水管道檢漏方法a閉婦氐時擰;；芯歯，和別戢LfL當供水管道或附件漏水時，水穿過泄漏處形成湍流和射流以及與土壤撞擊等國產(chǎn)生聲音，這種聲音對人來說不是和諧悅耳的“樂音檸，而是令人煩躁、討厭的“噪聲”，但這種泄漏噪聲可以幫助檢漏人員檢測、定位泄漏。這里將供水管道檢漏方1紋聲學檢卞音聽法就是

34、使思想家、政治家墨_中,通過諦聽罌口上所蒙革面的振動，根據(jù)各個陶罌的響度差來判斷敵人挖地道攻城的方位。這是利用了聲音在固體物質(zhì)中傳播時遇有空穴就在空穴的各界面之間連續(xù)反射、產(chǎn)生混響而將聲音放大的“空穴效應121。聽音棒上的聽筒就是用類似的原理將管道泄漏產(chǎn)生的振動放大吒引。電子聽漏儀是利用探頭將管道泄漏產(chǎn)r生的振動轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過放大、濾波等處理后在耳機中聽到漏水聲或在儀器L上顯示信號的強弱亦用聽音棒或電子聽漏儀在管道上的可接觸點（如水表、閥門或消防栓）上聽音，可初步判斷該點附近是否有管道漏水。然后沿管道走向，每二隔其它噪聲的干擾在檢漏前徘濾水時，水穿過泄漏處形成湍流和射流以及與土壤撞擊等對人

35、來說不星和諧悅耳的“樂音3而是令人煩躁、討厭的噪鼾棒和電子聽漏儀等設備查找漏點。在我國春溜之際方米,聽漏罡用相關儀檢漏法施檢漏儀一般由一臺主機、兩個數(shù)據(jù)采集單元和兩個加速度計探頭或水I聽器組成，隔用沿管道傳播的泄漏聲波對對漏點定位【13】。定位方法如圖1里1所示,，兩個加速度計探頭通1過磁性座吸附在管道的暴露點上，如消防栓、閥門等處，數(shù)據(jù)采集單元將信號以無線或有線方式傳到主機上工泄漏噪聲從漏點到達兩個探頭有與個時間差（即時問延遲工簡稱時延ro,主機采用信號處理中的時間延遲估計方法處理兩路信號，計算出瑋,較常用的是互相關時延估計。根據(jù)現(xiàn)場測量或從管相關檢漏儀一般由一臺主機、兩個數(shù)據(jù)采集單元和兩個

36、加速度計探頭或水聽器組成*利用沿管道桜播的泄漏聲減對漏點定位定位方法如圖所示，兩個加速度計探頭通過磁性座吸附在管道的晨靂點上.如消防栓=閥門等處，數(shù)據(jù)采集單元將信號以無線或有線方式傳到主機上口泄漏噪聲從漏點到達兩個探頭有個時間差（即時間延遲，簡稱時延）ra,主機采用信號處理中的時間延遲怙計方袪處理兩路信號計算出升，較常用的是互相關時延估計.根據(jù)現(xiàn)場測量或從管線分布圖上得到兩探頭之間管道的長度,（圖：.11中管線的豎直部分長度相等，兩邊相互抵消，故未計入，中）；則漏點距離最近的探頭為(tl)線分布圖上得到兩探頭之間管道的長度f（ffltl中管線的豎直部分長度相等”瀕1）式中V是聲波在管道中的傳播

37、速度。從距離漏點較近的探頭丌始，用滾輪式測距儀沿管線走向推行距離d,2式中卞是聲波在管道中的傳播速度從距離漏點較近的探頭開始，用滾輪式測距儀沿管線走向推行距離孔即是地下管道的泄漏位置。個.主機上，對這些結(jié)果進行分析，判斷管道中有無泄，士:聲學檢漏方法匚覽訂脫卍丄卜壯芒叵+的1勺門、梢0樁爭聲學檢漏方法曲-皿疋怡親J亂川門比W少旳時虬唏聲記常規(guī)檢漏方法有實地觀麒、水量平衡分析法和分區(qū)檢漏法。通實地觀察法是從地表觀察、噪聲判斷漏水的跡象懈同中有磁出結(jié)輕行分析，判斷管道中有無泄面積雪局部融化、晴青天路面潮濕、路面下沉等；天旱而青草生長茂盛；非干旱時期小樹死亡（由于根系長期泡在水中）【7】【141。常

38、規(guī)方法常規(guī)檢漏方法有實地觀痢法、水量平衡分析法和分區(qū)檢漏法*3實地觀察祛是從地窓觀察、判斷漏水的跡象，如排水容井中有清水流出S路面積雪局部融化、晴天路面潮濕、路面下沉等；天旱而青草生長茂盛；非于旱時期小樹死亡（由于根系長期泡在水中）叩叫使用相關儀檢漏不受管道埋深的影響，互相關運算有較強的抑制不相關噪聲口干擾的能力，因此能在白天工作，深埋或經(jīng)常有外界噪聲干擾的:管段宜采用此【141。還有一種定位泄漏的方法是，一個傳感器放置在管道上檢測泄漏噪聲，另一個傳感器沿管道走向在地面上移動，在不同位置，褊個傳感器接收到的泄漏噪聲成的時間差不同。時間差最大時H移動傳感器的位置就是漏點所在之處【毎】。|乂丄山泄

39、漏噪聲記錄儀檢漏法將幾個泄漏噪聲記錄儀大致均勻地放置在一個區(qū)域管網(wǎng)中的閥門、消防栓等管道暴露點上，設置自動啟動時間，一般設在夜深人靜、用戶用水少的時刻。噪占聲記錄儀對采集的信號做簡單的處理。經(jīng)過一段時間后,用無線通訊方式將各噪聲記漏，2但1犒規(guī)方法重慶人學博士學位論文重慶人學博士學位論文水量平衡分析法就是用總供水量減去總用水量得到漏水量。管網(wǎng)的用水包括計量用水和耒訐量酥（如綠化、消防等），由于未計量用水的估計存在誤差，因而計算出的漏水量也有誤差，所以使用該方法只能從總體上了解管網(wǎng)的漏水情況。分區(qū)檢漏法是把漏水調(diào)查區(qū)域劃分成幾個小我，利用精度較高的流量計或水表測i涮水地點和漏水量【1】【14】。

40、它包含幾種方法1）關閉某一小區(qū)和其它小區(qū)相通的全部閥門，然后開啟裝有水表或流量計的一條進水管上的閥門，給小區(qū)供：水。如果水表或流量計上顯示有較大且穩(wěn)定的流量，N昭區(qū)內(nèi)可能存在漏水，7并丿可估計漏.水量。查明小區(qū)中有管網(wǎng)漏水后，可根據(jù)需要再分成更小的區(qū)測定漏水衛(wèi)*量，逐步縮小范圍，最區(qū)域進行，水民區(qū)和深夜很少用水囁關閉區(qū)內(nèi)閥門以確定漏水管段網(wǎng)）在檢測區(qū)的進、出水管上安裝流量計，用進水總量和用水總量差來判斷區(qū)內(nèi)管網(wǎng)漏水的方法，此法適合單管進水的居住區(qū)。分區(qū)檢漏法只能確定漏水管段，漏水的具體位置還需其它方去確定。非聲學儀臧漏；罪聲學儀器檢漏主要有探地雷達、氣丄仙體示蹤和紅外成像。探地雷達也稱地表穿透

41、雷達迖負round霽亂百atkg：二盤返育鶴窗、表層穿透雷達（諛翻雖歸諡訂磊胡電dw,SPR）和表層下雷達（S備血爲呈匠馭圧髓竈）。探地雷達利用電磁波在媒質(zhì)電磁特性不連續(xù)處產(chǎn)生的反射和散射實現(xiàn)淺表層（一般小于50m）成像、定位進而定性或者定量地辨識地表中的電磁特幡變化，實現(xiàn)對表層下目示的探測。探地雷達可以描述地下目標叫何和物理性質(zhì)，用于地下管線探趣、公路、失路和橋梁檢查與評估、混凝土構(gòu)件結(jié)構(gòu)評估、考古探測、地質(zhì)與水文地峨測、地雷探測測、聃和毒品的探測與礫無損檢測等目標都影響探地地卿應用性要根據(jù)實際情況選擇雷達的有效使用取決于鞘處理和數(shù)據(jù)解罷術性要求技術人件員具有較高的專業(yè)知識水平和豐富的經(jīng)驗【

42、16】。管道發(fā)生泄漏后性水滲到土壤中導致土壤的介電常數(shù)曾大性探地雷達的電磁波遇到這種介電特性發(fā)生變化的地方就.會反射回地面性探地雷達處理后形成具有某種形狀和大小的物體圖像?，F(xiàn)有的探I地雷達僅能探測較大的空洞、水包性效果還不理想性尚耒充分發(fā)揮作用性而且成工本也是一鈾約因素【噸氣體示蹤是將密度和粘滯性小、滲透性強、擴散速度快且無毒、難溶于水的|導于泄漏檢測。炸燃燒的檢測比空氣輕，臨結(jié)合聽漏I、門必須性區(qū)）測定、厶匕能匕R。該方法只能在允許短期停水的佚能關閉嚴密。2在一定條件下（居流量，以判斷小區(qū)管網(wǎng)漏水量，并流量計，用漏探測時熬體醤氣栓注I.jEf=f_L,JLI-rfn匸TKr-L1-tj-Hr

43、EXTEZJU季節(jié)、和設地質(zhì)條件、探測雷達參數(shù)。探地這開的管道中。L現(xiàn)有簾探地雷達僅能探測校大的空洞、水包，效果還不理想，尚未充分發(fā)揮作用，而且成本也是一亍制約因素卩現(xiàn)4氣體示蹤是將密度和粘滯性小*滲透性強、擴散速度快且無毒、難溶于木的氫氣或氨氣用于泄漏檢測。使用氫氣探測時，將3%的氫代和序啊的氮氣混合，這種混合氣體遇明火不會爆炸燃燒。檢測管道泄漏時，將示蹤氣休通過消防栓注入一段被隔離開的管道中*由于示蹤氣體比空氣輕，從管道泄漏處逸出后通過土氫氣或氦氣用合氣體遇明火不會爆由于示蹤氣體重慶人學博+學位論文1緒論壤滲透到地面。在管道上方的地面上，I用扌相應的高靈敏氣體檢測儀探測有無氣體來確定泄漏的

44、位置14】【18】。將示蹤氣體加壓充入管道后，要等待氣體在管道中擴而且氣體從泄漏處泄出經(jīng)過土層這個介質(zhì)后，逸出地面的位置并不一定就在管道泄漏點的上方。示蹤法價格高、設備多、操作復雜,d限制條件多，實際上并不實來確紅外成像是漏頻率介于無線電波和可見光之間的紅外線檢測泄漏。自然界航的一切物體都輻射紅外線，溫度不同的物體輻射紅外線的強弱不同，因此可以利遊用紅外線探測被測物體的溫度高低和熱場分布。根據(jù)被測物體各部位的溫度差異心以及同一部位在不同時期所檢測的溫度差異，結(jié)合設備結(jié)構(gòu)等狀況，診斷設備的運行狀況。由于管道中的水一般與周圍環(huán)境有顯著的溫差，泄漏出來的水會改變丸周圍土壤的熱特性，因此用紅外成像儀檢

45、測官道周圍溫度的變化可以判斷管道是.用夜問工作。加拿大國的融鍋該設備比較龐大，采用車載方式沿管線在線監(jiān)測檢漏方法線監(jiān)測檢漏就是預先在官道上安裝各種傳感器，根據(jù)泄漏州發(fā)生時各個監(jiān)測量的狀態(tài)檢測泄漏。例如:：在進入居民小區(qū)的主干線上安裝流量計，在低用水量的時間段連續(xù)測量流量,，根據(jù)流量變化檢測有無泄漏和估計泄漏量D9:用壓力傳感器監(jiān)測壓力瞬態(tài)來檢測泄漏20】【211；利用泄漏噪聲引起安裝在管道表面上的光纖產(chǎn)生的光信號相位變化，實時地監(jiān)測管道沿線所發(fā)生.的泄漏情況并獲得泄漏點的位置【冽23】；泄漏導致管道系統(tǒng)狀態(tài)的變化，根據(jù)系統(tǒng)頻響應來實時監(jiān)測管趔附】；在管道端部安裝流量和壓力傳感器，用基于模型的方

46、法或根據(jù)流量和壓力的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)的組合定位多漏點】詁7】；建立專家系統(tǒng)，根據(jù)泄漏量、流量和力的關系檢測泄漏數(shù)據(jù)采集與監(jiān)扌咅爭uperviso%Control；an坤遊加療總訕，.醐扯系統(tǒng)在給水官網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)中已得到了廣泛的應用【哥9菇供水管幣ADA系統(tǒng)包括系統(tǒng)控、流量等各種數(shù)。!元設運和斗；建立專、家系縮根據(jù)泄漏量流量楓行丹麥7-Technoiogies公司利用SCADA系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，用積分流量測量和夜間管道檢測兩種方法監(jiān)測供水管網(wǎng)中是否發(fā)生泄漏。積分流量測量是將每個區(qū)域的24小時用水量用積分方法計算出來，與前幾個星期相同時間的用水量進行比較，判斷是否發(fā)生泄漏。夜間官道檢測是在每天夜間用水量最小射

47、時刻監(jiān)測用量的變化小在官度不未發(fā)生和盜量線方式在管網(wǎng)測量站點和各水廠*采集水位.壓力、流量等各種數(shù)據(jù)和控制揚水泵的運行丹麥7-Technologies公司利用SCADA系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)*用積分流雖測量和夜5iLi土遲；川分應亜肌雖殳礙牛汎蘭城的24小時用水量用積分方法計算出來.與前幾個星期相同時間的用水量進行比較，判斷是否發(fā)生泄漏。夜間管道檢測是在每天夜間用水量最小的時刻監(jiān)測用水量的變化。1-2-3各種檢測方法的比較同的環(huán)境下,每一種技術都有優(yōu)勢和缺，點1301oI2在線監(jiān)測的方法比較適合核電站、化工廠和輸油管線等。城市供水管網(wǎng)隨著城市發(fā)展而不斷擴大，從管網(wǎng)的覆蓋區(qū)域來說，核電站、化工廠、輸油管線

48、等是，無法與之相相比的，在線監(jiān)測所需的各種傳感器、通訊設施都是巨大的投入。目前國內(nèi)的許多自來水公司建立了”SCADA系統(tǒng)，但主要是用于滿足生產(chǎn)調(diào)度和主干迥彳了工作效工作中建鱉幕0。在環(huán)境、水塘、稻田等地相關儀檢測與音聽法道狀態(tài)監(jiān)測的需要。丈.戲首代心慣!：衛(wèi)城無比化也訂門找2與使用探地雷達、紅外成像、氣缽示蹤等方法相比，用相關檢漏儀更為方便快捷，而且它改變了音聽檢漏探雷式的工作方法，降低了檢漏人員的勞動強度,提高境干擾噪聲大、管道埋設比較深或管道上方有雜物堆積以及管，它更具有優(yōu)勢。在為方實際，相關儀計算出漏水位置后用音聽法復核。山!提高f工柞效率.在環(huán)境干擾噪聲大.管道埋設比較探或管道上方有雜

49、物堆稅以1譏3聲學泄漏定位技術的研究狀況遼相關檢漏儀由英國水研究中心卅196辭年昇發(fā)，2劇世紀齊年代中期研制岀了主機與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間以無線通訊方式傳輸數(shù)據(jù)的便攜式相關檢漏儀，隨后德、美、日等國家也競相研制相關儀，目前全世界有數(shù)十家公司生產(chǎn)此類設備。典型的有英國paimer環(huán)境公司的那研剜比況英國RADCOM公司的SoundScns【3、德國+SEBA公司的DypaCor以及日本富士公司的產(chǎn)品等0erts、在用聲學方法定位供水管道泄漏的研究領域中，影響較大的有德國建筑物理您研九所、加拿大國家研究委員會建筑研究所、英國南安普敦大學的聲音與理動研空究所、英國倫敦大學工學院機械工程系的無損檢測組及美

50、翱曲Roberts等人。_管道設備噪聲控制方面的建筑聲.學專Fuehs是研九給德國建筑物理研究所家【3旅3莊蟻相關儀的早期研制者之一。0。他用水力學和聲學研究在水中傳音認為歸中的泄漏聲波是在水中傳播的平面波，衰減一般很小。為了抑制干擾噪聲了和管道系統(tǒng)共振的影響，糧據(jù)互功率譜分析中相干函數(shù)的幅值估計泄漏噪聲的頻率范圍，確定濾波器的截止頻率，改變了過去耗時的反復試驗方法51。加拿大國家研九委員會建筑研究所建立了管道泄漏定位的實驗場地，妙要研右九塑料等非金屬材料管道塑泄漏定位【8】【36】-【3引早。主研人員等人認為公路交通和其它干擾噪聲的影響、過多的信號衰減、設備的靈敏度不足等是瞬學方勲定位時遇到

51、的主要問題00他們對聲音或振動信號的頻率成分與傳感器的安裝、泄漏噪聲的頻率范圍，確宦濾波器的截止頻率，改變了過去耗時的反復試驗方法卩究塑料等非金屬材料管道的泄漏定位l，BIW3Sc主研人員Hunaidi等人認為公路交通和其它干擾噪聲的影*h過多的信號衰減、設備的靈敏度不足等是用聲學方法定位時遇到的主要問題他們對聲音或振動信號的頻率成分與傳感器的安裝、池361,得岀略高到泄漏。Hunaidi對如，泄漏聲波的速實際上，媒質(zhì)的聲個因度在冬天略高，他們認為低，溫下水的密度增大是導致聲速變51關運算得到的峰題明顯.他們還試驗了探地雷達、究歷陽所年聲波振特性和1,(振動)在管道中的哈研究塑料管線的V漏類型

52、、流量、管道壓力和季節(jié)的關系以及衰.減率、傳播速度與頻率的關系等做了實驗研究些實驗結(jié)論：對同樣大小的漏孔，咼壓導致咼泄漏量，泄漏噪聲中有更多的高頻成份；泄漏噪聲的幅度隨距離迅速衰減，冬天更高些；泄漏噪聲經(jīng)過管道接頭的衰減可以忽略；用水聽器和加速度計測得的泄漏聲波傳播繪速度沒有明顯差別；信號的衰減主要是管壁的振動將能量輻射到周圍的土壤中;此在血財以下,泄漏聲波的傳播速度與頻率無關，即沒有頻散現(xiàn)象；泄漏聲波在q冬天的傳播速度比夏天略高；加速度計采集到的泄漏噪聲比水聽器采集到的泄漏噪聲有更寬的頻率范圍,互相關運算得到的峰更明顯和他們還試驗了探地雷達、熱紅外成像、示蹤氣體、流量壓力模型等非聲學方法泌為

53、這些方法比較復雜、耗時:聲時還檢測不到泄漏。Hunaidi等人冬豐富咼實踐們認，但理論素養(yǎng)不夠度速與其I性模1量的開方成正眇而與其英國南安普敦大學的能量分W要提高檢測效果實必須知道聲波的傳播速度和衰減實而這些與管道材料和周圍叫質(zhì)的性質(zhì)有關。因此他們建立了被無限曠度彈性介質(zhì)包圍的充液管道的理論模沁型【411實對懸空和埋地兩種情況下的塑料管道上進行實驗來研究波速和衰減實驗證理論模型421實發(fā)現(xiàn)在傳感器距離漏點較遠時，泄漏聲波主要是在流體中傳播的，在低頻是非頻散的實管道周圍的土壤增加了聲波的衰減。此外實他們還對浸在水工1;中的塑料管道中泄漏噪聲的傳播和衰減做I了研究和實驗【4肛實對聲波在管道中不同：

54、訂類型管段連接處的傳播和反射特性做了理論研南安普敦大學聲音與振動研究所也與加拿大國家研究委員會建筑研究所合作進行了一些研究7建立了互相關朮迂；時延估計方法中相關系數(shù)與信噪比的關系實從相關系數(shù)可以估計信號的信噪比也:uoride，時延估計4【】9l研究了渤研相關【45】；發(fā)現(xiàn)在低信噪比情況下實用水聽器測量壓力響應最有效；用加速度計檢測能得到尖銳的相關系數(shù)峰實可甩于有多個泄漏和存在相干噪聲的情況吧】；比較了幾種廣義互相關法在塑料管道泄漏定位的效果皿刀；研究聚偏二氟乙烯卄關系傳感m法有定位中倫敦大學帝國理濟院無損檢測翻導波檢翩域有很強的理論和技術基礎實他們將多模態(tài)信號檢測巖術引入到供水管道泄漏的定位

55、中【估瞬糊泄漏引起的振動沿土壤陽道1水這個三層系統(tǒng)以多模態(tài)傳播實泄漏噪聲非頻散傳播的側(cè)設是不合理的實不考慮頻散會導致泄漏定位誤差增大實大口徑管道尤為嚴重上經(jīng)L過短距離傳播實泄漏噪聲中的成分主勰在管壁中傳播的縱波模態(tài)和高頻散的彎炳(Polyvinylidenefluoride,PVDF)繞鏡傳感器在管道泄漏定位中的應用叫研究d慣炷冉匸卜.畀間尺務7小卄，二上盯貳賞尸沖.1裂玉屮:.倫敦大學帝園理工學院無損檢測組在導波檢測領域有很強的理論和技術基礎，他們將多模態(tài)信號檢測技術引入到供水管道泄漏的定樁中剛叫認為泄漏引起的振動沿土壤管道-水這個三層系統(tǒng)以多模態(tài)傳播，泄漏囑聲非頻散傳播的假設是不合理的，不

56、考慮額做會導致泄漏定位課差增大，大口徑管道尤為嚴重；經(jīng)過短距離傳播，泄漏噪聲中的成分主要是在管壁中傳播的縱波模態(tài)和高頻散的彎l緒論l緒論重慶人學博士學位論文曲波模態(tài)，而經(jīng)過較長距離傳播后，泄漏噪聲中的成分主要是在水中傳播、頻散較小的縱波模態(tài)。他們認為用信號處理技術得到主要傳播模態(tài)的相速度，可以提高泄漏定位的精度，而水中縱波模態(tài)的相速度頻散特性受管道周圍介質(zhì)阻抗的影響，因此他們提出了現(xiàn)場測量土壤聲學性質(zhì)的方法。美國的ReWertS和Robe沁等人認為聲波因管壁的反射射而在管道的水中傳播，牯道中導波的傳播有頻散特性和多種模態(tài)，泄漏定位應提取單一模態(tài)的導波【551。但由于需要獲得管道上許多位置的信號

57、，且實驗中毅有考慮管道接頭對聲波傳播ii的影響，實用性尚待驗證。從國外對供水管道泄漏定位的研究中可以看到，叨了提高泄漏定位的精度，氐都將信號處理技術與泄漏噪聲的傳播特性相結(jié)合來進行研究。由于各自的理論基識$礎和研究背景不同，在泄漏時間延遲估計方:法忙&凹究屮匚以石刊7了賽竄3淘疋陸抽対龍潯詁理捺粵戀:鶴奮的傳播特性相結(jié)合來進行研究-由于各自的理論基纓相關檢漏儀定位管道泄漏時,首先要得到泄漏聲波到達兩個傳感器的鴉噪聲的傳播問鼬還存有異議。型ch雪根據(jù)相干函數(shù)萌計泄漏噪聲頻率范圍的方法在一些相關儀上得到了應用并取得實際效果，而其他人還沒有提出更有效的檢測方法。間差，這在信號處理中稱為時間延遲估計。

58、時延估計是信號處理領域中一個十分、.活躍的研究課題，在雷達、聲納、生物醫(yī)學、故障診斷和地球物理等工程應用中&得卯泛的作用,例如，室內(nèi)聲音的傳播路徑辨識、雷達和聲納的目標定位、噪聲源識別、地層構(gòu)造等問題都需要確定接收信號相對于發(fā)射信號的時間延遲或兩個傳感器接收信號之間的時間延遲6【.62】。根據(jù)目標信源和檢測系統(tǒng)不同，時延估計分為主動競估計和被動時延估計兩大類型。雷達和主動聲納是主動時延估計的典型例子，被動時延估計是根據(jù)目標發(fā)出的電磁波或聲波等信號去搜索目標。I在被動時延估計中，信號和噪聲統(tǒng)計上的先驗知識往往是不知道或只是近似知道。.:供水管道泄漏定位就是被動時延估計，泄漏“噪聲”是源信號。供水

59、管道發(fā)生泄咼?漏后，管道中水的壓力、流量達到-個新的穩(wěn)定狀態(tài)，在幫內(nèi)外環(huán)境條粘變/情況下,泄漏噪聲是連續(xù)、穩(wěn)定的，因此將泄漏噪聲看作平平穩(wěn)隨機間延遲估計信號模型不傳矗器根據(jù)H標信源和檢測系統(tǒng)的不同時延收到一個信號:從源頭發(fā)射隱翩?zhèn)€空間分離的傳感器接縫動在存蹩聲的情估況下，兩個接計的典掘薛，被動時延潔計詩(f)=ais(t-r(w)波或聲波等信號去搜索目(a)在被動時延估計中，信號和噪占統(tǒng)計知識往往是不知道或只是近似知會丁y(f)=a2s(t-r2)4-嘞(f)十工,r(1.,2b)式中魏時間變量，f是源信號M)和1噸陰是加性噪聲，禺、口：是由于源信號在傳播中產(chǎn)生衰減而設的衰減系數(shù),、L是源信號

60、到達傳感器的傳播時間,殳的情況下，泄漏噪聲是連續(xù)、穩(wěn)定的*因此將泄漏噪聲看作平穩(wěn)隨機蓿號*141時間延遲估計信號模型個信號從源頭發(fā)射出來被兩個空間分離的傳感器接收到，在存在噪聲的情況下，兩個接收到的信號為*如匸。曲-軒)+斗狀)(12a)y(t)=a1s(t-T1+n2(t)(12b)式中！是時間變量，呦是源倩號，叫和嗎(D是加性噪聲，弘礙是由于源信號在傳播中產(chǎn)生衰減而設的衰減系數(shù)，reE是源信號到達傳感器的傳播時間，也是接收信號與源信號之間的時間延遲。信號模型中隱含著信號在非頻散媒質(zhì)中傳播的假設。-在信號處理中，常常只需要估計一個信號到達兩個空間位置的時間差，因此人們更感興趣的是信號到達兩個