2014年第12期
表技
木与传
赢器
仅：
InstrumentTechniqueand
Sensor
基于多传感器的管道泄漏检测装置设计
李忠虎，蔡志全"，董彦华2
110000）
(1.内蒙古科技大学信息工程学院.内蒙古自治区包头014010：2.东北大学研究生院.辽宁沈阳
2014 No. 12
摘要：针对供水管道泄漏检测与定位问题，提出了基于多传感器的泄漏微弱信号检测及漏点定位方法，与传统的检测方法相比，该方法可以提高检测定位的精度。设计了以STC89C52为核心的信号检测及提取装置，该装置可检测管道泄
漏情况，并通过USB接口与上位机通信，进而实现对泄漏点进行定位分析，满足了对信号处理与分析的灵活性要求。关键词：管道泄漏；微弱信号检测；多传感器；定位；USB
中图分类号：TH86
文献标识码：A
文章编号：10021841(2014)12004203
DesignofLeakageDetectionDeviceofPipelineBasedonMultiSensor
LI Zhong-hu', CAI Zhi-quan', DONG Yan-hua
(1. School of Information Engineering,Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou 014010, China;
2. School of Postgraduate,Northeast University,Shenyang 110000, China)
Abstract: In order to solve the problems of the leakage detection of water supply pipeline and the location of leakage, the methods for the detection of the weak leakage signal and the localization of the leakage based on multi-sensor were presented. Com-pared with the traditional detection methods,this method can improve the detection accuracy. Using STC89C52 as the core,the sig nal detection and extraction device was designed and can be used to detect the leakage conditions of the pipeline. Through USB in-terface communicating with the host computer, the positioning analysis of the leakage points was realized,thus meeting the flexible requirements for the processing and analysis of the signal.
Key words : pipeline leakage ; weak signal detection ; multi-sensor;location; USB
引言 0
管道泄漏检测与定位的方法很多，其中基于负压波法的泄漏检测应用最为广泛，它是基于管道泄漏时在液体中引发并且按着一定速度传播的瞬态负压波信号进行检测的。通过相关分析法计算负压波传播到管道首尾两端的传感器的时间差，通过时间差以及负压波的传播速度对泄漏点进行定位。
常规的管道泄漏检测在首尾两端各使用一个传感器，单传感器的使用必然会受到外界环境的影响，并且采集到信号的精度也不会很高。该设计在管道的首尾两端各使用了2个传感器，通过对2组传感器的信号分析来确定泄漏点，较传统的检测方法准确度更高一些。并以STC89C52为核心设计了管道泄漏传感器信号采集系统，通过USB接口可以很方便地与计算
机通信，进而判断泄漏点的具体位置12]。管道泄漏检测原理
流体输送管道发生泄漏时，会在泄漏处产生瞬态压力突降，由于流体流动的连续性，管道中的流体不会立刻改变流速，但是流体在泄蒲点和相邻的两边区圾闻产生的压力差异会导致流体从上、下游的区域向泄漏区填充，进面引起泄漏点相邻区域内的流体密度和压力减小，这就形成了负压波。因为负压波在传播过程中装减很小，所以可以传播很长的距离。对采集到的信号进行相关分析，由相关分析的思想可知，当没有泄漏
基金项目：国家自然科学基金项目（61362023）；内蒙古自治区自然科学
基金项目（2011MS0917）收稿日期：20131108
收修改稿日期：201407-02
时相关函数的极值点在0附近，如果发生了泄满，相关函数的极值点将会偏离0值的位置，根据相关数值的大小及极值点所在的位置可以进行泄漏点的检测定位。
传统的管道泄漏检测系统中，在首尾两端各安装一个压力传感器用来检测负压波信号），如图1所示。
传感器1 喜摄
淡漏点 D
传感器2 0葉
图1传统管道泄漏检测示意图
图中的传感器1与传感器2是管道泄漏检测中应用到的两个传感器。他们安装在管道的两端，用来采集负压波信号。根据负压波信号的传播时间以及负压波的传指速度就可以判断泄漏的位置。泄漏点到传感器1的距离为D，，两个传感器间的距离为D。，负压波的传播速度为"。假设负压波传播到传感器1的时间为，，传播到传感器2的时间为，即可根据两个传感器采集到的负压波信导的时间以及管道的长度来确定满点的位置。因为负压波的传播速度较流体的流速更快，所以流体的流速可以忽略。泄漏点的定位计算关系如下：
D, =xt
D, (D D,) =×( ) 2D, D。= × (, =,)
通过以上3个公式的推导可得：
D, =D +#x(-6)
2
(1)(2)(3)
(4)