供水管道泄漏檢測技術(shù)及應(yīng)用策略研究

【摘要】供水管道是關(guān)系到國計(jì)民生的重要設(shè)施，在供水的過程中泄露是一個常見的問題，基于互相關(guān)法式微泄漏噪音檢測技術(shù)是先進(jìn)的供水泄漏檢測技術(shù)，本文以此為重點(diǎn)，對于供水公司在實(shí)際工作中的運(yùn)用進(jìn)行探討分析，以供參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】供水管道；泄露；噪音檢測；技術(shù)應(yīng)用

水是稀缺的自然資源，水資源匱乏已讓節(jié)水成為一個全球話題。但每年還是會因?yàn)楣┧艿赖男孤对斐升嫶蟮乃Y源損失，歐美等國家的管網(wǎng)泄漏率平均達(dá)到了12.31%，亞洲國家也大多在10%左右徘徊。這使得供水管網(wǎng)的泄漏檢測必須盡快找到先進(jìn)而科學(xué)的管理辦法，使水資源成為人類共同的財富。

一、傳統(tǒng)檢測技術(shù)概述

傳統(tǒng)的管道泄漏檢測方法主要利用的是聲學(xué)原理，聽音棒、漏水探測儀等是主要的使用設(shè)備，把這些設(shè)備和管網(wǎng)外露的部分進(jìn)行接觸，用聽覺詳加辨析設(shè)備震動的聲音，從而判斷出這些管道是否泄露。深藏在管道內(nèi)的閥門、水表等等也可以利用漏水探測儀進(jìn)行聲音的捕捉，從而判斷運(yùn)行狀況。但是這種方法較為簡陋，僅憑檢測人員的耳朵非常容易造成誤差，而且隨著人流車流的干擾，誤差率會急劇增加，超過50Hz的頻率，人的耳朵就已經(jīng)分不出信號的差別，因此，傳統(tǒng)方法的局限性越來越大，逐漸退出了供水管道泄漏的檢測工作。

二、泄漏噪聲互相關(guān)分析檢測技術(shù)

20世紀(jì)80年代，國外的研究人員開始在供水管道領(lǐng)域中實(shí)驗(yàn)泄漏噪聲的化相關(guān)分析技術(shù)，取得了較好的反饋，近年來，國外針對泄漏的檢測集中在管道材質(zhì)方面，采用的數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)，把互相關(guān)函數(shù)的計(jì)算歸并進(jìn)去，大大提高了驗(yàn)算的準(zhǔn)確性。國內(nèi)引入之后，又做了進(jìn)一步優(yōu)化。

（一）互相關(guān)的定義

互相關(guān)指兩路信號之間的相似性。因?yàn)閮陕沸盘柕臅r間不同步，會造成一前一后兩個數(shù)值，利用這兩個數(shù)值的相關(guān)函數(shù)，需要進(jìn)行幅值和極性的計(jì)算，把數(shù)值之間的延遲量△T分離出來，然后進(jìn)行相關(guān)性的計(jì)算與判斷

T1 =L1/V，T2 =L2/V，

因?yàn)椤鱐=T1-T2 =（L1 -L2）/V，L1=D-L1，△T=（D-2L1）/V

所以，L1=（D-V·△TV）/2

在這里，T1表示傳感器1收到信號的時間，T2表示傳感器2收到信號的時間，D表示空間中兩個傳感器之間的距離，△T是兩個信號之間的時間延遲，即峰值時的時間。V指管道內(nèi)的聲波的傳播速度，它和管道的半徑有著直接的聯(lián)系。

（二）漏水噪聲監(jiān)測設(shè)備的構(gòu)成

漏水噪聲監(jiān)測設(shè)備是由聲音的傳感器、無線信號的發(fā)射器、無線信號的接收器、數(shù)據(jù)的處理模塊等部分組成。檢測設(shè)備會放在被測管道的兩個重要節(jié)點(diǎn)來收集信號。如消防栓、閘閥等。噪聲信號通過聲音的收集，將傳感器的距離、信號延遲的時間、聲音在管道中傳播的速度等等計(jì)算出來，就可確定管道的泄露位置。

三、LeakFinder的運(yùn)用

掌握了泄漏噪聲互相關(guān)的分析原理之后，各國的科學(xué)家不斷改進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，目前使用最為廣泛的是LeakFinder技術(shù)，在互相關(guān)分析檢漏原理之上，又加入了信號的處理與分析檢測軟件。這是一種給予互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的更加精密的方法。它在計(jì)算機(jī)上安裝了聲卡不及能夠反映出漏水的情況，還能記錄與重復(fù)播放漏水的噪音信號。這個信號隨即被高強(qiáng)度的計(jì)算設(shè)備進(jìn)行了詳細(xì)的定位，所有的傳感器、感應(yīng)點(diǎn)、信號調(diào)整模塊等等都被納入到這個完整的系統(tǒng)中，使計(jì)算的精度進(jìn)一步加強(qiáng)。

LeakFinder主要由數(shù)據(jù)采集模塊 、信號調(diào)制模塊、頻譜分析模塊、輸出模塊組成。它們在工作中各司其職，發(fā)揮著獨(dú)立而緊密的功能。

（一）數(shù)據(jù)采集模塊

傳感器是一個介質(zhì)，一面不斷的收集各種各樣的信號，一面把收集到的信號轉(zhuǎn)化成為數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī)上，然后經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換和分析處理后，數(shù)據(jù)就成為標(biāo)準(zhǔn)的wav和ASCII格式，并被保存下來。計(jì)算機(jī)的聲卡不斷的記錄，也可以無限重復(fù)的播放，從而確定漏水的位置。用戶在采集數(shù)據(jù)的參數(shù)時，可以自定義這個參數(shù)，包括采樣的頻率、如何記錄這些聲音、熟知的分辨率是多少、記錄的時間段等等。雖然可以調(diào)控的因素比價多，但是經(jīng)過多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)，能夠確定最佳參數(shù)指標(biāo)，采樣的頻率在11025Hz至44000Hz之間，把分辨率設(shè)置在16位上，并且可以靈活的進(jìn)行A/D之間的轉(zhuǎn)換，單聲道和立體聲之間也可互相轉(zhuǎn)換，記錄的時間大約在30-60秒。

（二）信號調(diào)制模塊

在大多數(shù)的情況下，互相關(guān)泄露分析噪聲技術(shù)必須把振幅過高、波段過窄的噪音剔除掉，不讓他們和互相關(guān)峰值中對應(yīng)的某些內(nèi)容發(fā)生背離。在信號的調(diào)制模塊中，用戶可自行定義頻率范圍，或讓它們定義在一個高通的位置，或定義在一個低通的位置，總之是將干擾的信號控制到最低。有些情況下還會采用信號濾波的方法，如前值濾波、后值濾波等，最大成都的攔截干擾信號。事實(shí)證明，前值濾波的效果要比后值濾波好。

（三）頻譜分析模塊

這是一個可讓用戶自行定義噪音喜好的參數(shù)和濾波的墨塊。材質(zhì)不同的管道、距離不同的傳感器，任何一個微小因素的變化都讓頻率的變化千差萬別。例如在塑料的管道中，噪音信號的振幅小，頻率范圍窄，這時的高通頻率要設(shè)置在50Hz-100Hz之間。金屬管道的干擾信號較多，應(yīng)該把頻率設(shè)置在200Hz-800Hz之間，對頻譜的分析讓我們又進(jìn)一步細(xì)化出自動分析、相關(guān)分析和互相關(guān)分析三種方法。

（四）輸出模塊

噪音信號的自動頻譜、相關(guān)分析、互相關(guān)分析都可運(yùn)用曲線圖來清晰表明它們之間的關(guān)系。曲線圖可更加清楚的表現(xiàn)出聲音的延遲、設(shè)備的泄漏的情況。設(shè)備的管徑、管深、漏點(diǎn)的類型、大小等等也被包含在其中。但是有一點(diǎn)是一致的，那就是管徑越大信號衰減越快，金屬的衰減速度快于塑料的。所以該方法還能對金屬材質(zhì)的泄漏速度進(jìn)行一些緩解，使其和塑料可以同步優(yōu)化，進(jìn)一步減小計(jì)算的誤差和干擾因素。

結(jié)語：

基于互相關(guān)法的泄漏檢測技術(shù)在推廣過程中得到了不斷的完善，這也讓這一方法的優(yōu)越性被充分的挖掘出來。有研究數(shù)據(jù)表明，該方法的精度可以達(dá)到90%以上，而且無論是什么樣的材質(zhì)，都能取得較高的競速，可見其適用性是極為廣泛的，值得推廣應(yīng)用。

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[2]趙文庫城市供水管網(wǎng)施工及漏損防治策略[J]工程技術(shù)：引文版 ， 2016 （4） ：74.

作者簡介：劉小玲，女，廣東東莞，助理工程師，從事供水管道維修與測漏。