0 引言
燃气管网泄漏除了会给燃气公司带来经济损失,还会因为天然气本身具有易燃易爆的特性,带来严重的安全隐患,威胁社会公共安全和群众生命财产安全。由于城市燃气管网覆盖范围广,并且经常与其他市政管网相互交错,在发生泄漏之后如何实现即时告警、准确定位,就成为燃气管网公司必须要考虑的问题。本文介绍了一种基于声发射传感器的燃气泄漏检测装置,可准确识别泄漏信号,实现了燃气管网泄漏故障的即时告警。同时还能基于单点定位算法,实现对泄漏位置的精确定位,为泄漏问题的及时处理、有效降低燃气浪费损失起到了积极帮助。
1 城市智慧燃气管网泄漏信号检测系统
1.1燃气泄漏检测系统中传感器的选择
在燃气泄漏检测系统中,传感器主要用于采集管网实时运行的状态信号,然后利用通信装置将该信号反馈给计算机,通过计算机的比对、分析,判断燃气管网的运行状态。因此,传感器的选择将直接决定泄漏信号的检测结果是否精确。本设计中选择基于振动量检测的传感器,具体又分为2种类型。其中加速度传感器适用于振动频率在0.1-5000Hz且加速度较大的情况;而速度传感器应用于振动频率在1-100Hz,加速度较小的情况。根据以往的经验,燃气管道发生局部泄漏时,由于气体逸出引起的管壁振动频率既有小于16Hz的次声波,也有超过2000Hz的超声波,因此本设计中选择适用范围更广的加速度传感器。
1.2燃气泄漏检测系统的结构组成
该系统的核心装置有声发射传感器、示波器、试验管道、压力表等,如图1所示。
程研发管理工作。
图1 燃气泄漏检测系统实验装置示意图
射传感器,用于检测泄漏信号,检测到信号后有示波器记录并存储。在靠近管道出口的位置安装了1部压力表,可用于实时监测管道内天然气的气体压力。泄漏孔的开度可调。在靠近管道入口的位置使用自动气泵向管道内打气,保证供气均匀、压力稳定。一段时间后,观察示波器上呈现出来的两个波形信号,可以发现根据泄漏孔前方声发射传感器采集到的数据,转化成的原始波形比较规律;而根据泄漏孔后方声发射传感器采集到的数据,转化成的波形杂乱无章。据此可以识别出该管道上某处发生了泄漏。进一步的,可以判断泄漏点位于两台声发射传感器之间,按照此方法不断缩小两台传感器的间隔距离,最终可以准确找出泄漏点的具体位置。
1.3燃气泄漏检测的基本流程
由于该系统在实际应用中,并不确定待测泄漏信号的频率,为了避免出现漏检的情况,需要将检测频率范围设置的较广,无形中增加了数据处理量,从前端信号采集到计算机完成统计处理,需要花费较长的时间,难以突出泄漏检测的实时性特点。针对此类问题,应付了混沌算法处理模块,主要实现信号预制和混沌振子两个功能。所谓信号预制,就是将任意泄漏信号的频率范围压缩至1-10Hz的区间范围内,之后再将经过压缩处理后的泄漏信号,按照设计好的预制公比(Q=1.013)输入到混沌振子阵列中。观察相邻振子之间是否出现了间歇混沌现象。如果有,则计算出信号频率,再将该频率乘以10-n,计算出被测泄漏信号的实际频率。该处理可以借助于特定的应用软件来完
图2 燃气泄漏检测系统实验结果
成:即假设某泄漏信号的速度为 v,则以10nv(n为整数)的速度将记录的信号重新读取。此时必然存在唯一的一个n,能够让重新读取的信号频率处于[1,10]Hz的区间范围内。经过混沌算法处理后的泄漏信号检测图像如图2所示。
结合图2可知,由燃气管网泄漏信号检测系统检测到的原始信号为混沌状态(图2左)。而经过阵子阵列的处理后,检测信号从混沌状态转变为大周期状态(图2右)。这样就能通过阵列扫描更加准确地检测泄漏信号,提高了系统响应速度和检测效率。