自来水文献综述.doc

自来水文献综述一.自来水管泄漏检测方法综述：对于自来水管泄漏可以使用传统的检测方法进行检测，当“不间断夜流量检测”法6发现某片区管道发生泄漏时，工作人员首先用听音棒、电子听漏仪等听音设备直接在管道暴露点(如阀门、消防栓及暴露的管道等)听取管道泄漏引起的振动，确定漏水管道，缩小检测范围。初步确定漏水管段后改由听音设备沿管道走向以一定距离逐点比较泄漏信号强度，距离漏点位置越近，信号越强，在泄漏发生处泄漏信号强度达到峰值。传统管道泄漏检测定位方法对操作环境要求较高，要等到夜深人静时实施操作，泄漏检测定位精度主要依赖于操作人员的实践经验，劳动强度大，检测效率低，漏点定位精度差，当供水管网需要大规模巡检时，工作量急剧增大。随着互相关算法79、神经网络1012等信号处理方法应用于管道泄漏检测定位，相关的管道泄漏检测定位方法被称为现代管道泄漏检测定位方法。相关检测定位原理如图1.1所示，供水管道泄漏引起的泄漏信号以速度v向两侧传播，传感器1、2距离漏点位置分别为LA和LB，信号到达两传感器的时间差即时间延迟为D，相关仪根据两路信号的相似性找到相关函数的峰值点，即可确定时延D，从而确定漏点位置。漏点距离传感器A的距离LA为：LA=1/2(LA+V*T)利用现代管道泄漏检测定位方法判定漏点位置，摆脱了对操作人员经验的依赖，降低了对环境噪声的要求，可在白天使用，无需开挖路面。且泄漏检测过程不影响管道正常运行，不影响居民、工厂和消防设施供水状况，可避免经济损失保障消防安全。二. 管道泄漏信号采集系统的综述：如图2所示，管道泄漏信号相关仪由传感器，数据采集单元和执行相关运算、判断漏点位置的主机构成，采集器与主机通过有线或无线通信方式传输数据。管道泄漏信号可由水听器或振动传感器拾取。水听器在检测塑料管道泄漏产生的低频信号时更有效，压电加速度传感器在检测铸铁管道泄漏时效果也较好14，安装更方便。图2泄漏信号相关仪的基本结构数据采集单元主要完成传感信号的调理、数据采集、数据存储以及与主机间的数据通信等功能。目前数据采集单元主要由MCU(Micro Controller Unit)或DSP(Digital Signal Processor)开发。MCU又称微控制器，是指把中央处理单元(CPU)，存储器(RAM/ROM)，输入/输出接口(I/O)，计数器/定时器等功能部件集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。MCU因具备可靠性高、易扩展、控制能力强、体积小，价格低等特点广泛应用于仪器仪表等专用设备的智能化管理及过程控制等领域。DSP即数字信号处理器，内部采用程序总线和数据总线分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的数字信号处理指令，可用来快速地实现各种数字信号处理算法。DSP为数字信号处理提供了高效而可靠的硬件基础，已经广泛应用于高速自动控制、通信技术、语音处理、网络设备等领域。MCU和DSP各有所长，用户可根据功能需要、技术基础和使用偏好等选择。数据采集单元与主机间的通信方式多种多样，主要包括无线电通信27、以太网通信26、红外线通信3、蓝牙通信、RS232串口通信28和USB通信等。红外线和蓝牙传输距离较短；RS232速度低，在很多方面的应用正逐步被USB取代；无线电通信方式是多家公司选用的通信方式，技术成熟，但无线电传输容易受干扰，数据容易丢失，限制了采集数据的动态范围和频率范围。USB接口具有即插即用、速度快、传输可靠和可同时支持多个外设等优点，但传输距离限制在5米以内29。以太网通信可以实现远程数据传输，这对长距离埋地管道泄漏检测具有重要意义。目前国外泄漏信号采集器的问题主要是采集参数根据国外管道设定，不完全适应我国复杂的供水管网系统，且对操作人员的技术水平要求较高，而国内采集器的主要问题是实用性不够。三. 管道泄漏信号的综述：泄漏源信号到达观测点经过了由管道、流体和管道埋设介质构成的传播信道, 观测信号不仅包含了信号间的时间延迟信息 , 还包含有传播信道的特征信息, 如频率选择性、能量衰减和时延作用等。泄漏信号的幅频特性：管道泄漏信号的幅度变化范围很大，影响泄漏信号幅度的因素主要有漏孔形状、管道压力、泄漏量和信号传播距离等。管壁裂缝、腐蚀引起的泄漏信号幅度高于管道接口和阀门处泄漏信号的幅度；漏孔形状相同时，管道压力越大泄漏信号越强；相同压力、漏孔形状情况下，泄漏量越大泄漏信号越强；而管道断裂、错位等情况泄漏信号非常弱。泄漏信号在传播过程中能量不断衰减32，接口、阀门、内部结垢严重的老管道对信号幅度的衰减作用明显，故检测距离越远，管道接口、阀门越多，敷设时间越长，信号幅度越低。泄漏信号的频率分布因管道材质、直径、漏孔形状不同而异。管道材质的杨氏模量越低泄漏信号频率越低，如塑料管道泄漏信号频率分布在50Hz13以内，而铸铁管道泄漏信号频率较高，分布在200-2000 Hz之间。管壁裂缝、腐蚀引起的泄漏信号频率高于管道接口和阀门处泄漏信号的频率。在外界噪声较小、没有突发干扰的情况下，泄漏信号可视为平稳信号，频率分布基本不随时间改变。管道参数变化，外界环境变化都会引起泄漏信号的频率分布。四. 噪声信号综述：泄漏信号幅度很低，而管道泄漏测试现场噪声和干扰情况却很严重。除去采集系统内部电路噪声，区别于泄漏信号的噪声和干扰主要包括：供水管网系统内部噪声，如用户正常用水；高压线缆发出的50 Hz工频噪声及其谐波；交通噪声；施工噪声；测试现场其它噪声。信号源噪声与泄漏信号叠加，会降低信号的信噪比，影响漏点定位精度；工频噪声及其谐波幅度大、持续时间长、周期性强，会对泄漏信号产生调制作用，可能导致数据采集失败，无法进行泄漏检测定位，即使采集到的数据可用，仍会使相关函数产生周期性，严重降低定位精度；被视为突发干扰的交通噪声和施工噪声强度大、持续时间短，会大幅降低信号的信噪比，破坏信号的平稳性，使相关函数产生严重畸变33，降低漏点定位精度，甚至使系统产生误判，故需在信号采集阶段予以处理。包含突发干扰的泄漏信号，表现为峰值突然增大、持续时间较短的一段信号，在时频谱上表现为频率分布突然发生变化，频率范围充满整个频带。针对各种噪声的特定处理方案：1.考虑突发干扰的影响：第一种解决方案，取分段信号的方差，有突发干扰的一段信号的方差较大，舍去此段信号；第二