相关分析在管道检漏技术中的应用

摘要: 相关检漏法是当前应用较广、较有效的一种管道检漏方法，本文阐述了用相关理论进行管道泄漏检测的原理，给出了漏点定位的算法公式，并设计了单片机相关检漏系统，编制相关算法程序，并用实验验证了相关检漏原理。 关键词：泄漏检测，相关分析，相关函数，漏点定位 中图分类号：TP273 文献标识码：A Abstract：The correlation analysis method is an effective method and has been widely used these days among the methods for pipeline leak detection. In this paper, the principle of pipeline leak detection using correlation theory is expatiated and the location algorithm is given. A single-chip system is accordingly designed，a cross-correlation algorithm is also programmed and the correlation principle for pipeline leakage proved to be effective by experiments. Keywords: leak detection, correlation analysis, cross-correlation function, leak location 1 引言 随着现代社会的发展，管道运输在现代化建设和人们的生活中起着越来越重要的作用。但是由于自然和人为因素造成的管道泄漏不仅污染了环境，还严重浪费了资源，因此，管道泄漏检测技术也相应地得到更多的关注。 对于管道泄漏检测技术的研究近年来不断有新的发展，检漏方法也由最初的听漏发展到各式各样的基于现代信号处理和自动化装置的检漏，其中相关检漏法是当前比较先进、有效的一种检漏方法。 1960年英国水研究中心最先开发了相关检漏仪，随后法国、日本等国也相继研制了相关检漏仪，自20世纪80年代，国外开始研究用互相关法检测水管泄漏，并取得良好的效果。如德国，其最长的试验距离是3.5km，漏孔检测的可靠度高于90％。对于80％以上检测到的漏孔，其定位的精确度达±l m 。近年来，国外在这方面进行了进一步的研究，如加拿大研究人员对塑料水管漏孔检测的研究，该方法主要利用流体通过漏孔时的流动噪声，通过两个传感器接收该信号，漏孔位置的信息是根据信号到达两个接收器的传播时间之差进行判断的，所采用的传感器是水听器或加速度计 。近年来,我们研发了相关检漏仪,依据相关检测原理它不仅可以用于自来水检漏,也可以用于煤气、石油、天然气等管道的泄漏检测 。 2 相关检漏原理与漏点定位算法 2.2 相关检漏原理 管道发生泄漏时，泄漏发出的声音信号就会沿着管壁向管道两端传播，管道的相关检漏法是指利用两个传感器拾取漏点发出的声波，对这两路声波信号进行互相关分析，没有泄漏时，相关函数的值在零附近；发生泄漏后，相关函数的值将发生显著变化；另外，当管道泄漏点的位置不同时，两个信号的延迟时间 就有区别，信号的相关函数的值就会改变。因此，根据信号的相关函数信息，就可以对管道的泄漏状况进行检测 。 2.3 漏点定位算法 3 单片机相关检漏系统的实现 根据相关检测原理，并借鉴国内外一些先进的检漏技术，我们设计了基于单片机的相关检漏仪器，基本原理框图见图2： 当泄漏信号经传感器、单片机采样后传送到计算机，在计算机上重点对这两路信号进行了相关算法的编程，结合实验，得到了比较合理的结论。 4 结论 综合以上的分析和实验，得到以下结论：用相关分析法检漏只需要检测泄漏点产生的声波信号，不需要检测流量、温度等其它信号，相比其它的检漏方法要经济；这种方法不需要详细了解管道内部流体性状，不需要建立管道正常和故障状态的数学模型，简单方便；省去了计算管内流体运动方程等繁琐计算，只需要对检测的两路信号积分求和，计算单一易懂；并且用相关分析法定位灵敏、准确，因此是一种简单、有效且可行的方法。 参考文献： [1] 汪荣鑫.随机过程.西安交通大学出版社，2000 [2] 修春海等.德国检漏技术简介.给水排水，1997，5 [3] 江崇礼等.管道泄漏的压力测量诊断方法的实验研究.大连理工大学学报，1998 [4] 赵光义等.相关水漏检测仪及其应用.长春地质学院学报，1997，1 [5] C.Verde. Multi-leak detection and isolation in fluid pipelines. Control Engineering Practice，1999,6 [6] Kenya Fukushima. Gas pipeline leak detection system using the online simulation method. Computers and Chemical Engineering, 2000 [7] Reinldoa.Silva,Claudio M.Buiatti, Pressure wave behaviour and leak detection in pipelines. Computers chem.Engng Vol.20,suppl..pp..S491-S496,1996 [8] Ferrante.Marco, Brunone,Bruno. Pipeline system diagnosis and leak detection by unsteady-state tests2.Wavelet analysis. Advances in water Resources Volume 26,Issue 1, 2003,1