基于声波的管道泄漏点定位检测仪的开发

    我国现有7万多公里的城市埋地燃气输送管道，其中有40%已运行20年左右，不少管道已进人事故高发阶段。由于管线的老化、不可避免的腐蚀以及自然或人为损坏等因素，管道泄漏事故频发，曾多次引发恶性事故，造成巨大生命和财产损失。然而，城市燃气管道常埋在地下，因此使泄漏检测变得困难。目前我国的城市埋地燃气管道检测监测技术较为落后，没有能够快速确定埋地管道泄漏部位的技术和仪器。有些管道一旦发生泄漏，往往需要花费大量的人力、物力和时间来寻找泄漏点。

    针对我国城市埋地燃气管道泄漏检测的现状和市场需求，国家于2006年10月向中国特种设备检测研究院和北京声华兴业科技有限公司下达“十一五”科技支撑课题，开展埋地燃气管道泄漏声学方法检测关键技术研究，研制便携式埋地燃气管道泄漏点定位检测仪样机，填补国内空白，以提高我国埋地燃气管道检测技术水平。

1基于声波的管道泄漏检测原理

    流体穿过管壁漏孔外泄时，会激发广谱的音频信号，而一些小于50 kHz的较低频声波信号可以沿管道壁传输较远的距离。通过安装在管道外壁的声波传感器可以较远距离探测到这些泄漏信号，并采集到信号的连续波形。如采用两个传感器进行探测，通过两个波形的相关分析即可以得到泄漏源的位置巨[1]。

    埋地管道泄漏探测技术包括监测和检测两种。泄漏监测技术是对管道从不泄漏到发生泄漏过程的监测，一般采用固定装置进行实时监测，一旦发生泄漏就发出警报。管道的泄漏检测技术一般采用移动式的仪器设备进行，一种是进行定期检验，发现已经产生和有可能产生泄漏的部分，另一种是管道已发生泄漏，采用仪器发现管道的泄漏点[2].

    管道泄漏声发射信号是一种连续型信号，频带范围主要分布在1～80 kHz。管道泄漏时产生的声发射信号具有以下特点:①泄漏声发射信号是由管中流体介质泄漏时与管道及周围介质相互作用激发的，是一种连续型信号，因此监测仪器不需要采用较高的采样频率。②泄漏声发射信号沿管道向上、下游传播，接收并分析该信号，可以获得泄漏源大小及位置等信息。③管道泄漏声发射信号受诸多因素的影响，如泄漏孔径大小和形状以及介质压力、管道周围介质、环境噪声等，因此，声发射信号本质上属于一种非平稳随机信号。④根据导波理论，泄漏声发射信号具有多模态特性，并且在管道内传播时存在频散现象[3]。

    基于声波的管道泄漏点定位原理如图1所示。A,B为两个声发射传感器，泄漏点位于两个传感器之间。将A,B两个传感器接收到的信号作互相关，得出信号传到A,B两个位置时的时间差△t，从而得到如下的公式: