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1、利用泄露声波对金属水管泄露点定位,叶露 1213141 泰达学院 工业工程,供水管道泄漏不仅浪费宝贵的水资源和生产资金， 而且对管道自身 建筑物和公路的地基造成破坏， 污染物也可能从管道破损处进入供水系统给公共卫生带来危害， 因此世界各国都非常重视供水系统的漏损控制， 很早就开展了检漏技术及设备的研发工作。 现管道泄漏的检测和定位主要有磁通 、超声录像和涡流等管内探测法， 探地雷达、气体成像热红外成像 、嗅觉传感器放射性示踪剂检漏法、光纤检漏法 SCADA( 数据采集与监视系统) 声波检测法和应力检测法等管道外检漏法 接下来讲述的方法基于声波能量衰减的特性， 建立振动振幅衰减与漏点位置的数学关
2、系式， 从而实现对水管爆裂点进行定位。,声波在介质中传播时， 随着传播距离的增加能量逐渐衰减， 衰减程度与声波的扩散 散射及吸收等因素有关 其声强衰减规律如下：式( 1) 中 I 表示入射初始声强， 为深入媒质 d 距离处的声强， a 为衰减系数 式( 1) 用声强级表示则有：式( 2) 中 亦称衰减系数。,当供水水管泄漏时， 水在压力的作用下从管道裂口处向外喷射 在喷射的过程中， 水与管道裂口摩擦产生的振动以弹性波的形式沿管壁传输形成声发射现象。 为模拟地下供水管道的实际清况， 选取地下金属供水管道上进行钻孔实验。 对象是金属水管( 内径60mm， 长2 m) ， 以水泵驱动。主要实验设备有
3、压电陶瓷传感器 、信号放大调理器 、数据采集器 、钻头( 直径约 3mm) ,实验过程,实验装置和信号放大调理电路如图1 图2 所示检测时， 接通水源并排除金属水管内空气后， 关闭末端水阀 首先用磁钢把两片压电陶瓷传感器 AB 分别吸附在金属水管两端( 距管端5 cm) ， 如图1，然后仅释放第一漏水点， 用 Audition 软件采集此时水管两端声波的振动幅值如图 3 、图4 所示， 求出振动幅值差; 同理， 分别释放其他漏水点得到相应漏水点释放时两端声波振动幅差值， 多次测量取平均,结果：,经多次测量， 并分别记录金属水管漏点位置 及对应漏点位置时 A B 声波振幅值及两振幅差值 数据，
4、见表1 表2,由表2 数据绘制漏点位置与振幅衰减变化关系如图5 所示,拟合可得到漏点位置与振幅衰减变化经验公式:由式( 3) 可知， 声波振动振幅衰减变化与对应漏点位置符合高斯正态分布规律， 各参数值见表3 其中参数y0是当漏点趋于无穷远时， A B 两点振幅信号的最小差值; 参数 xc 是当漏点位置无限趋近于 B 点时，A B 点振幅信号差的极大值;参数k 为拟合常数,数据分析,由于拟合曲线的参数值是根据有误差 的测量值计算得来， 因此， 测量 y i与对应拟合 之间存在偏差 标准偏差为将表1 数据代入式( 4) ， 可得拟合 标准偏差数据见表4,根据式( 3) ， 经 Origin 运算可
5、得到金属水管出现唯一漏点时任意漏点 xi对应振幅衰减值 yi， 如表 5所示,将本装置用于实际供水金属管道( 材质与实验管道相同) 测试， 测试管道位于地下20 25 cm 处， 并已知管道仅出现一处未知漏点 实验时压电陶瓷传感器吸附于管道暴露两端， 经多次采集得到平均振幅差值 查参照表5 对应漏点位置和实际漏点位置等数据见表6， 实验结果与实际漏点的平均相对误差是5. 1%实验结果表明， 利用供水金属管道泄漏时产生的泄漏声波对泄漏点定位方法可行,结论,根据金属管道泄漏声波产生机理和泄漏声波信号衰减特性， 采用压电陶瓷传感器和放大电路在模拟供水管道进行管道测漏实验， 运用 Audition O
6、rigin 软件对实验采集到的泄漏声波信号进行分析 实验结果证明， 测量金属管道泄漏声波振幅衰减信号用于检测金属水管漏点定位结果基本可靠,个人理解,声波传播在介质黏性的作用下， 声波沿传输介质其能量因散射和其他损耗将发生衰减， 声波沿着传播方向逐渐衰减， 表现为速度振幅越来越小， 且随着波长的增大， 声波的衰减减缓。 这里用到了阻尼振动的一些知识，虽然阻尼振动不在考试范围，但是日常生活中，我们接触更多的是阻尼振动。例如一阵大风过后摇晃的树会慢慢停下，用手拨一下吉他的弦后声音会越来越小，等等。 阻尼是指任何振动系统在振动中，由于外界作用（如流体阻力、摩擦力等）或系统本身固有的原因引起的振动幅度逐渐下降的特性，以及此一特性的量化表征。 因为振幅与振动的能量有关，阻尼振动也就是能量不断减少的振动。阻尼振动是非简谐运动。阻尼振动系统属于耗散系统。,参考文献：, 1 温建平，卜寿亮，张灵辉，黄小舟，张亦翻 . 基于泄漏声波的衰减特性对金属水管漏点定位研究.大学物理，2013，32（7）：29-32 2 赵洪华， 艾长胜 管道传声特性及典型破坏的声的识别J 中国石油大学学报， 2006， 30( 5) : 102- 103 3 贺梅英， 黄沛天 声速测量实验中声波衰减现象的研究J 物理测试， 2007， 25( 1) : 27- 28,谢谢！,
