Page 92 - 无损检测2023年第三期

曹智敏, 等:

输气管道泄漏声波识别和定位方法研究现状

气体介质在压差作用下喷射而出产生泄漏声波, 泄 有部分学者考虑到了泄漏声波的频域特征, 将频域
漏声波的声速和管道内流速都将发生变化, 而发生 特征和泄漏信号时域特征进行融合对泄漏声波信号
小泄漏和缓漏时, 流量信号和声波声速变化不明显, 进行定位, HAN 等 [ 50 ] 通过分析 CO 2 管道泄漏声发
考虑到这一点, 郎宪明 [ 48 ] 使用超声波速信号和流量 射信号的特性, 提出了基于小波包和径向基函数网
信号进行信号融合, 使融合信号凸显拐点, 并通过环 络( RBFN ) 的信息融合定位方法, 通过提取小波包
形管道泄漏定位试验, 验证了信息融合方法有着较 处理后的泄漏信号进行能量与时间差、 最大值等泄
高的定位精度, 更能凸显泄漏声波声速和流量变化 漏信号特征的信息融合, 以克服单个泄漏信号特征
的瞬变信息, 为解决小泄漏定位问题提供了参考。 对管道泄漏定位的不确定问题。多传感器信息融合
当管道气体从泄漏点流出时, 泄漏位置和临近位置 系统能够处理泄漏声波的复杂信息, 降低泄漏定位
会产生明显压力扰动, 同时泄漏气体也会与管道壁 误差, 避免多余的信息干扰, 为输气管道泄漏声波定

摩擦产生噪声振动, 为了研究噪声和压力对于泄漏 位提供了一种新的思路。 输气管道泄漏定位方法优
声波信号定位的影响, LI等 [ 49 ] 基于互相关算法建 缺点对比如表2所示。
立了基于多信息融合的噪声 - 压力相互作用模型, 提
出了单点多信号的泄漏定位算法, 该算法有着更快
的响应速度和检测准确性。该模型中噪声信号和压

力信号可以相互充当滤波器, 抗干扰能力得到增强,
多信号融合系统确保了更好的可靠性和准确性。还 图5 基于信息融合的泄漏定位原理

表2 输气管道泄漏定位方法优缺点对比
定位方法 优点 缺点
基于时延估计的 泄漏声波信号具有多模态、 频散特点, 使时间差和
可以抑制不相关的噪声, 考虑了信号之间的弱关联性
泄漏定位法 波速的确定精度误差较大
基于声波衰减的 管道上游和下游衰减参数不同, 管道工况发生变化
不再受限于时间差的测量和波速的测量
泄漏定位法 时, 衰减参数需要重新计算
基于信息融合的 多个传感器信息融合方法解决了各传感器采集的泄漏信息 输入变量、 决策方法、 信息融合结构和融合单元等
泄漏定位法 单一的问题, 提高了泄漏定位精度 对其影响较大
定位模型可以弱化噪声影响, 适用于泄漏率较低和
4 传感器技术
定位精度要求高的情况。此外, 当少量传感器不能
传感器是决定泄漏声波定位准确性和响应能力 满足需求时, 部分学者考虑利用传感器阵列对泄漏
的重要因素, 目前对传感器技术的研究主要集中在 进行定位, TAO 等 [ 52 ] 提出阵列式超声换能器气体
以下两个方面: ① 对传感器数量和传感器布置方式 泄漏定位方法, 使用阵列时差算法对微小泄漏进行

的研究; ② 对不同传感器类型对管道泄漏定位影响 精确定位。传感器阵列多应用于定位管道平面或者
的研究。 整个空间上的泄漏。
传感器数量越多, 泄漏定位精确度越高, 但是在
实际情况下, 传感器数量受到管道实际环境和经济
条件限制。传统的互相关定位方法使用两个传感器
定位泄漏位置, 且传感器位于泄漏位置两侧, 需要时
钟同步来获得精确时间差和波速。针对该问题,
OZEVIN 等 [ 51 ] 使用两个位于同侧的传感器对管道 图6 三传感器定位模型传感器布置方式
泄漏进行定位, 分别对管道泄漏点在轴向和径向产 目前传感器主要包括动态压力传感器、 超声波
生的声波进行检测, 与传统的互相关定位法相比, 不 换能器、 声发射传感器等。 LIU 等 [ 53 ] 选择动态压力
再需要时钟同步。张曦等 [ 42 ] 考虑到环境噪声的影 传感器对泄漏信号进行测量, 其建立的去噪系统可
响, 提出三传感器定位模型对管道泄漏进行定位, 传 对直管、 弯管和变径管道进行泄漏检测和定位。动态
感器的布置方式如图6所示。其试验结果表明, 该 压力传感器对管道泄漏微弱压力信号有着较高的灵

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2023年 第45卷 第3期
无损检测