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(fèi)寶貴的水資源和生產(chǎn)資金,而且會(huì)對(duì)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(guó)非常重視供水管道的漏損控制工作,發(fā)達(dá)國(guó)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(cè)儀器設(shè)備中,基于時(shí)延估計(jì)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(guó)外產(chǎn)品,價(jià)格比較昂貴,在我國(guó)只有大型自來(lái)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(shí),檢漏人員往往只能被動(dòng)地接受檢測(cè)結(jié)果。如果在儀器中采用合適的信

2、號(hào)處理技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析,評(píng)估檢測(cè)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(huì)提高有效供水能力,產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
　　 正確認(rèn)識(shí)泄漏噪聲在供水管道中的傳播特性是采用合適的信號(hào)處理方法、提高漏點(diǎn)定位精度的前提。各種時(shí)延估計(jì)方法的性能取決于具體的應(yīng)用條件,時(shí)延估計(jì)的方差受制于信號(hào)的信噪比、帶寬和測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)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(wàn)別,而盡可能多地獲取泄漏噪聲的相關(guān)信息可以提高時(shí)延估計(jì)的精度。
　　 針對(duì)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(shí)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(hào),雙譜時(shí)延估計(jì)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(shí)際管道中,引起管壁徑向振動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(gè)信號(hào)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(hào)的最小信噪比以及兩個(gè)信號(hào)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(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)是有限的,在互譜的計(jì)算中,通過(guò)對(duì)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(shí)出相位呈線性變化且變化趨勢(shì)一致的頻段,可以估計(jì)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(jì)算機(jī)輔助識(shí)別泄漏噪聲的頻率范圍。實(shí)際檢測(cè)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(jì)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(shí)延估計(jì)的精度和檢測(cè)結(jié)果的置信度?；プV分析的結(jié)果能夠?qū)z測(cè)效果作出評(píng)判,提高檢測(cè)效率。與SoundSens相關(guān)儀進(jìn)行了檢測(cè)比較,基于互譜分析的檢測(cè)方法提高了泄漏定位的精度和可信度,并可減少誤報(bào)。
　　 ③當(dāng)被檢管段上有多個(gè)泄漏時(shí),會(huì)影響泄漏定位的效果。通過(guò)多源時(shí)延估計(jì)信號(hào)模型研究了多信源對(duì)時(shí)延估計(jì)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(diǎn)的辨識(shí)和定位,在實(shí)踐中驗(yàn)證了應(yīng)用互譜分析檢測(cè)多漏點(diǎn)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(chǎng)測(cè)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(hào)管道組成的異型管段時(shí),用某種管道的聲速或平均聲速計(jì)算漏點(diǎn)位置會(huì)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(shí)的基本數(shù)據(jù),根據(jù)各段管道的長(zhǎng)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