压电式加速度计在供水管道泄漏定位中的应用

　　0　引　言

　　水是宝贵的自然资源,由于淡水资源的贫乏和高昂的制水成本,世界各国都非常重视供水管道泄漏的检测定位工作,研究开发了各种漏损控制技术及设备。与探地雷达、热红外成像、压力流量法、气体示踪等方法相比,相关仪采用声学方法定位泄漏更方便快捷。相关仪采用压电式加速度计作传感器采集泄漏噪声,计算出泄漏信号到达传感器的时间差,根据时间差、声音在管道中的传播速度以及传感器间的距离来确定泄漏点的位置。它使原来人工探雷式的逐步定漏点方式发展到了以段定漏点,定位速度快,提高了工作效率。尤其在管道埋设很深导致漏水声不能传到地面,或是地面上有建筑物或堆积物而无听漏条件等情况下,相关仪的优势更为明显。

　　供水管道发生泄漏时,有压力的水从漏孔处喷出使管壁振动,由于流固耦合作用,管壁的振动在水中产生压力波动,该波动又反作用于管壁,改变管壁的振动方式[1]。耦合波在管道的水中向漏点两侧传播,沿途激起管壁产生径向振动。压电式加速度计以其尺寸小、重量轻、频响范围宽、线性好、结构简单牢固而在振动和冲击测量的领域中得到越来越广泛的应用,因此,可用来检测管壁的振动。由于供水管道中泄漏噪声的传播有其固有的特性,对加速度计的灵敏度、频率响应等参数都有要求,只有选择合适的传感器,并正确地安装才能有效地定位漏点。

　　1　压电式加速度计的选型及安装

　　1.1　压电式加速度计的选型

　　压电式加速度计的主要特性包括:灵敏度、频率响应、安装谐振频率、动态范围、横向灵敏度、非振动环境特性等。最主要的衡量因素是质量、频率响应和灵敏度。

　　压电式加速度计作为被测物体的附加质量会影响其运动状态响应特性,如,加速度响应值和固有频率,因此,要求传感器的质量远小于被测物体传感器安装点的动态质量。加速度计的灵敏度越高,信噪比越大,抗干扰能力和分辨力也越强;但灵敏度越高,加速度计越重,固有频率越低,高频响应受到限制。故灵敏度的选择受到重量和频响特性的限制,要折中考虑。测量高频、高振级的加速度,常采用灵敏度低、质量小的加速度计;而测量低频、低振级的振动,常采用灵敏度高、质量大的加速度计。一般来说,在满足频响、重量和量程要求下,应尽量选择高灵敏度的传感器,这样,可降低信号调理器的增益,提高系统的信噪比。

　　泄漏噪声在管道中传播时,随距离增大而衰减,引起的管壁振动比较微弱,加速度计的灵敏度要大于1V/gn。泄漏噪声的最高频率在2 kHz左右,因此,加速度计工作频率的上限要大于2 kHz,谐振频率在6 kHz以上。