一種用于管路泄露檢測定位的超聲波接收器的安裝及布陣方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的是一種用于管路泄露檢測定位的超聲波接收器的安裝及布陣方法，它涉及超聲接收器的安裝形式、布陣方式。本發(fā)明解決了因老化或外部應(yīng)力造成的管路開裂破損致使管路內(nèi)介質(zhì)泄露的精確檢測定位問題。本發(fā)明的制造方法由以下關(guān)鍵內(nèi)容組成：超聲接收器的選擇，選擇具有疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)的一體化半球殼陶瓷壓電振子作為超聲接收器；泄露方位檢測超聲接收器布陣為等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，超聲接收器的壓電振子安裝方式為凸面向外，改善水平波束指向性，增強(qiáng)超聲波探測方位能力；定位超聲接收器布置在上述等邊三角形的重心點(diǎn)，超聲接收器的壓電振子安裝方式為凹面向外，縮小垂直方向接收角，使定位范圍減小，提高定位精度。
【專利說明】一種用于管路泄露檢測定位的超聲波接收器的安裝及布陣方法
(—)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種應(yīng)用超聲波技術(shù)用于傳輸介質(zhì)為氣體或液體的管路泄露檢測定位，特別涉及超聲換能器安裝方式及布陣方法，用于管路產(chǎn)生泄露事故的識別、檢測和精確定位，屬于自動(dòng)化測試【技術(shù)領(lǐng)域】。
(二)【背景技術(shù)】
[0002]管路運(yùn)輸是基于管路進(jìn)行物質(zhì)運(yùn)輸?shù)囊环N方式，其與公路、鐵路、飛機(jī)、及海運(yùn)并稱為五大運(yùn)輸方式之一，在國民生產(chǎn)生活中起著重要的作用?，F(xiàn)有的管路運(yùn)輸有石油運(yùn)輸，天然氣運(yùn)輸，城市燃?xì)膺\(yùn)輸、自來水運(yùn)輸、采暖熱水(熱氣)運(yùn)輸。管路運(yùn)輸在我國國民經(jīng)濟(jì)中起著越來越重要的作用。但由于管路一般采用鑄鐵管進(jìn)行運(yùn)輸，而且埋藏在地下，隨著時(shí)間的推移，其由于受水的腐蝕及地表汽車的碾壓，很容易受到損害而產(chǎn)生裂縫或微孔，造成泄露情況的發(fā)生。有機(jī)塑料尼龍管路長時(shí)間使用也會(huì)造成管路老化，隨著管線的增多、管齡的增長、施工缺陷、腐蝕老化等問題和人為破壞的原因，管路泄露事故頻頻發(fā)生，給人們的生命財(cái)產(chǎn)和生存環(huán)境造成了巨大的威脅。
[0003]當(dāng)管路中氣體發(fā)生泄露時(shí)，現(xiàn)有的測量定位手段主要為采用煤氣或可燃?xì)怏w報(bào)警器來進(jìn)行泄露測量然后進(jìn)行泄露點(diǎn)的定位，一般情況下泄露點(diǎn)都是處于地表以下，由于土地的結(jié)構(gòu)不同，土地表面的硬化程度不同，當(dāng)可燃?xì)怏w從泄露點(diǎn)擴(kuò)散至地表時(shí)，其距離泄露點(diǎn)的水平距離也是難以預(yù)測的，所以在工程上只能采用先直接挖開地面逐段進(jìn)行泄露點(diǎn)的查找，這樣使工作量很大，而且很難直接找到泄露點(diǎn)。采超聲波泄露檢測方法實(shí)現(xiàn)管路泄露點(diǎn)的探測可以成為一個(gè)比較好的選擇方案。首先其屬于被動(dòng)式檢測，對被測量的媒質(zhì)沒有損傷。其次由于其比較精確的定位能力，使得對于煤氣泄露點(diǎn)的查找變得十分方便?？梢源蟠蠊?jié)省勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的提高。
[0004]目前使用的超聲波技術(shù)用于管路泄露檢測定位的研究成果很多，但是運(yùn)用超聲接收器陣列形式的檢漏定位儀很少。一般都是采用片式或柱式超聲接收器接收由于泄露產(chǎn)生的超聲波信號，得以檢測的泄露信息并定位。
[0005]美國專利4964059公開了一種長輸管路產(chǎn)生檢測機(jī)器人。其采用陣列平面形超聲波探頭布陣方法，超聲波探頭鑲嵌在圓柱形塑料載體溝槽內(nèi)的探頭孔位內(nèi)，為增加檢測靈敏度，采用高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行檢查掃描。
[0006]專利CN1370989A公開了一種采用旋轉(zhuǎn)探頭環(huán)管路超聲檢測裝置，此裝置需要電動(dòng)驅(qū)動(dòng)探頭盤旋轉(zhuǎn)，需要大容量蓄電池供電。在這樣的技術(shù)背景下改進(jìn)設(shè)計(jì)勢在必行。
[0007]專利ZL200620070557.3公開了利用合金傳輸棒與超聲波傳感器銜接，實(shí)現(xiàn)對泄露的特征頻譜的抓取更加精確、靈活，實(shí)現(xiàn)早期報(bào)警，提高了撲捉背景噪聲中的超聲波的能力。
[0008]專利ZL200420049717.7公開了一種城市地下天然氣管路無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。系統(tǒng)核心包括管路泄漏超聲波探測器及單片機(jī)、無線路由器和GSM/GPRS無線收發(fā)器，該專利涉及的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無人遠(yuǎn)程監(jiān)測。
[0009]本發(fā)明在已有的管路泄露檢測定位的研究成果基礎(chǔ)上，提出一種利用疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)的一體化半球殼陶瓷壓電振子作為超聲接收器，通過超聲接收器的凸凹面不同的安裝形式及超聲波接收器的三角形安裝及布陣方法，實(shí)現(xiàn)輸送介質(zhì)(氣體或液體)管路泄露的精確檢測定位。這種方法可提高管路泄露檢測靈敏度、提高定位儀定位精度。
[0010]該發(fā)明可應(yīng)用于城市供熱管網(wǎng)、燃?xì)夤芫W(wǎng)、自來水管網(wǎng)以及工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域氣、液輸送管網(wǎng)的泄露安全檢測與定位的儀器開發(fā)中，用以實(shí)現(xiàn)實(shí)施檢測報(bào)警定位。為規(guī)避和減少災(zāi)害與危險(xiǎn)，實(shí)施救援提供信息支持。
[0011]本發(fā)明方法的有益效果是，利用具有疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)的一體化半球殼陶瓷壓電振子作為超聲接收器，使壓電振子安裝方式為凸面向外，改善水平波束指向性，增強(qiáng)超聲波探測方位能力，利用3只超聲接收器布陣為等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，利用復(fù)三角目標(biāo)定位方法，在一直兩兩傳感器的位置及兩條甚至多條方位線的交點(diǎn)時(shí)，可采用三角定位法確定目標(biāo)的最大可能方位，實(shí)現(xiàn)泄露方位的指示。利用具有疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)的一體化半球殼陶瓷壓電振子作為超聲接收器，布置在等邊三角形的重心點(diǎn)，并使壓電振子安裝方式為凹面向外，縮小垂直方向接收角，使定位范圍減小，實(shí)現(xiàn)泄露位置精度定位。呈現(xiàn)出良好的工程適用特點(diǎn)。
(三)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的是為了解決超聲波管路泄露檢測定位儀以下問題:
[0013](I)檢測靈敏度不高。一些低壓力介質(zhì)泄露產(chǎn)生的超聲波較弱，特別是一些埋地管路泄露往往檢測靈敏度不高，噪聲淹沒了信號，往往無法檢測出泄露信號；
[0014](2)定位精度不高。一些檢測定位儀多采用一只超聲波接收器，很多噪聲的干擾無法實(shí)現(xiàn)高精度定位。有一些檢漏儀雖然采用了超聲波陣列，但由于超聲波的檢測靈敏度較低，又存在布陣和解算方法問題，定位精度一直解決不理想；
[0015](3)泄漏點(diǎn)指向性不明確。目前超聲波管路泄露檢測定位儀還未見到在泄漏點(diǎn)檢測過程中漏點(diǎn)方向指向功能的。本專利利用3只超聲接收器布陣為等邊三角形的3個(gè)頂點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)泄露點(diǎn)方位檢測，經(jīng)過矢量計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)泄漏點(diǎn)方位指向性。
[0016]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0017]用于管路泄露檢測定位儀的超聲波接收器選擇具有疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)的一體化半球殼陶瓷壓電振子，超聲波接收器布陣采用三角形加重心結(jié)構(gòu)，使用4個(gè)超聲波探頭。泄露方位檢測超聲接收器布陣為等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，超聲接收器的壓電振子安裝方式為凸面向外，改善水平波束指向性，增強(qiáng)超聲波探測方位能力；定位超聲接收器布置在上述等邊三角形的重心點(diǎn)，超聲接收器的壓電振子安裝方式為凹面向外，縮小垂直方向接收角，使定位范圍減小。該超聲波接收器布陣方法具有較強(qiáng)的識別和定位以及抗干擾能力。
[0018]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)包括，圖1為凸面安裝壓電振子的超聲波接收器示意圖，圖2為凹面安裝壓電振子的超聲波接收器示意圖，圖3為超聲波接收器陣列布陣示意圖。整體結(jié)構(gòu)包括超聲波接收器陣列(3個(gè)凸面向外安裝方式的壓電振子，I個(gè)凹面向外安裝方式的壓電振子)和信號處理顯示模塊(信號采集預(yù)處理電路，A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)信息處理單元，IXD方位指向，定位指示燈)。
[0019]本發(fā)明的想法是，將超聲波接收器的信號看作與泄露產(chǎn)生的超聲波有關(guān)，作為信號處理部分的輸入信號，信號處理單元的輸出信號為泄漏點(diǎn)的方位指向、位置定位、定位指示。信號采集預(yù)處理電路輸出泄露信號經(jīng)過單片機(jī)進(jìn)行支持向量機(jī)處理，使用信息融合算法，從而得到泄漏點(diǎn)的撲捉與定位。
(四)【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為凸面安裝壓電振子的超聲波接收器示意圖
[0021]圖2為凹面安裝壓電振子的超聲波接收器示意圖
[0022]圖3為超聲波接收器陣列布陣示意圖
(五)【具體實(shí)施方式】
[0023]參照圖1，表示凸面安裝壓電振子的超聲波接收器示意圖。概括起來為:取疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)的一體化半球殼陶瓷壓電振子，將兩條引出電極通過絕緣電纜引出，制作金屬外殼，將半球殼陶瓷壓電振子用膠封接在金屬外殼的安裝處，半球殼凸面向外并突出在金屬殼夕卜，引線通過金屬外殼內(nèi)孔引出，完成超聲波接收器的制作。
[0024]參照圖2，表示凹面安裝壓電振子的超聲波接收器示意圖。概括起來為:取疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)的一體化半球殼陶瓷壓電振子，將兩條引出電極通過絕緣電纜引出，制作金屬外殼，將半球殼陶瓷壓電振子用膠封接在金屬外殼的安裝處，半球殼凹面向外并內(nèi)含在金屬殼內(nèi)，引線通過金屬外殼內(nèi)孔引出，完成超聲波接收器的制作。
[0025]參照圖3，表示超聲波接收器陣列布陣示意圖。取3只凸面安裝壓電振子的超聲波接收器安裝在三角形支架的三個(gè)頂點(diǎn)，取I只凹面安裝壓電振子的超聲波接收器安裝在三角形支架的重心支架頂點(diǎn)上，完成超聲波接收器陣列布陣。
[0026]超聲波接收器的信號處理顯示模塊主要包括:信號采集預(yù)處理電路，A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)信息處理單元，LCD方位指向，定位指示燈。超聲波接收器的壓電振子的諧振頻率為25kHZ、40kHZ、60kHZ，經(jīng)選頻后，將干擾信號濾掉，只有諧振25kHZ、40kHZ、60kHZ的有用信號(泄露產(chǎn)生的超聲波信號)送入高通放大器放大、拾取，經(jīng)單片機(jī)進(jìn)行支持向量機(jī)處理，使用信息融合算法，得到泄漏點(diǎn)的撲捉與定位。
【權(quán)利要求】
1.一種用于管路泄露檢測定位的超聲波接收器的安裝及布陣方法，其特征在于利用疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)的一體化半球殼陶瓷壓電振子作為超聲接收器，通過超聲接收器的凸凹面不同的安裝形式及超聲波接收器的三角形布陣方式，實(shí)現(xiàn)管路介質(zhì)泄露的精確檢測定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于管路泄露檢測定位的超聲波接收器的安裝及布陣方法，其特征在于利用具有疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)的一體化半球殼陶瓷壓電振子作為超聲接收器，使壓電振子安裝方式為凸面向外，改善水平波束指向性，增強(qiáng)超聲波探測方位能力，利用3只超聲接收器布陣為等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)泄露方位指示。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于管路泄露檢測定位的超聲波接收器的安裝及布陣方法，其特征在于利用具有疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)的一體化半球殼陶瓷壓電振子作為超聲接收器，布置在等邊三角形的重心點(diǎn)，并使壓電振子安裝方式為凹面向外，縮小垂直方向接收角，使定位范圍減小，提高定位精度，實(shí)現(xiàn)泄露位置定位。
【文檔編號】F17D5/06GK103542260SQ201210236352
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月10日
【發(fā)明者】鄒文江, 李昆, 張強(qiáng), 張芃浩, 鄒艾一, 宋凱 申請人:哈爾濱盛仕瑞達(dá)科技發(fā)展有限公司