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专利号: 2016109128866
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 气体或液体的贮存或分配
更新日期:2024-11-08
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于声波法的输气管道泄露检测系统,其特征在于,包括用户终端、云端服务器及沿输气管道设置的若干个检测段,每个检测段处均设置有两个低频声波传感器、两个温度传感器、两个密度传感器、两个压力传感器及两个数字化网络传输仪,其中,每个检测段内的两个低频声波传感器分别设置在该检测段内的输气管道的两端,各低频声波传感器用于采集该检测段内输气管道中的低频声波信号,并将采集到的低频声波信号进行放大和初步滤波后输送给与该低频声波传感器处于同一检测位置的数字化网络传输仪;

每个检测段内的两个温度传感器均设置在该检测段内的输气管道内且分别位于该段输气管道的两侧,各温度传感器均用于测定该检测段内输气管道中介质的温度,并将检测到的温度信号传输给与该温度传感器处于同一检测位置的数字化网络传输仪;

每个检测段内的两个密度传感器均设置在该检测段内的输气管道内且分别位于该段输气管道的两侧,各密度传感器均用于测定该检测段内输气管道中介质的密度,并将检测到的密度信号传输给与该密度传感器处于同一检测位置的数字化网络传输仪;

每个检测段内的两个压力传感器均设置在该检测段内的输气管道内且分别位于该段输气管道的两侧,各压力传感器均用于测定该检测段内输气管道中介质的压力,并将检测到的压力信号传输给与该压力传感器处于同一检测位置的数字化网络传输仪;

数字化网络传输仪,用于将收集到的低频声波信号、温度信号、密度信号、压力信号转换为数字信号,同时将数据保存到本地并及时将最新数据传输到云端服务器;

云端服务器,用于对从数字化网络传输仪传来的数字信号进行信号处理,并利用FSVM算法进行模式识别,通过模式识别提取并分析输气管道泄漏时的低频声波信号的特征量,判断泄露是否发生并确定泄漏口的大小和形状;同时对泄漏时两个低频声波传感器接收到的低频声波信号进行互相关分析,并结合输气管道内的声速,对泄露口的位置实现定位;最终云端服务器将处理完的数据通过无线网络传送给用户终端;

用户终端,根据云端服务器传来的数据对输气管道的运行状况进行判断,若发生泄露,则发出报警信号,并给出输气管道泄漏口的位置以及泄漏口的大小和形状;

所述云端服务器中设置有数据库,所述数据库中存储有若干个不同泄漏口的大小数据和形状数据及其所对应的泄漏声波信号的特征量,所述泄漏声波信号的特征量是根据理论分析及实验测定所得到的;当实际应用过程中的输气管道发生泄漏时,云端服务器通过模式识别提取出泄漏时的低频声波信号的特征量,并根据此低频声波信号的特征量对数据库中现有的数据进行插值与拟合,进而确定泄漏口的大小和形状,最后人为地测量出该泄漏口的实际大小和形状,并将该测量得到的数据与系统判断出来的数据进行比较,将两者的偏差保存到数据库中;系统内植具有机器自学习功能的算法,可根据上述偏差对数据库中泄漏声波信号的特征量及其所对应的泄漏口的大小数据和形状数据进行修正;当再次发生泄漏时,系统就会根据数据库中新的数据选择新的插值和拟合方法,确定泄漏口的大小和形状,再次人为地测量出此时泄漏口的实际大小和形状,并将该测量得到的数据与系统判断出来的数据进行比较,将两者的偏差保存到数据库中;如此反复进行,判断出泄漏口的大小和形状。

2.根据权利要求1所述的一种基于声波法的输气管道泄露检测系统,其特征在于,将每个检测段内的其中一个低频声波传感器选作基点,作为基点低频声波传感器,与之相对应的另一低频声波传感器作为非基点低频声波传感器;将基点低频声波传感器接收到泄漏声波信号的时间设置为t0,非基点低频声波传感器接收到泄漏声波信号的时间设置为t1,所述泄露口距离发生泄露的检测段内的基点低频声波传感器的位置由下式确定:

其中,x为泄漏口距离发生泄露的检测段内的基点低频声波传感器的距离,l为每个检测段内的基点低频声波传感器与非基点低频声波传感器间的距离,v为云端服务器对声速数据进行插值和拟合后所获得的输气管道泄漏时的声速,Δt为发生泄露的检测段内的基点、非基点低频声波传感器接收到输气管道泄露时的低频声波信号的时间差;所述泄漏口的位置最终由发生泄露的检测段内的基点低频声波传感器的位置和上述计算所得距离x确定;

所述声速v通过下述途径获得:所述数据库内还存储有事先在实验室中测定的不同介质密度、不同介质温度和不同输气管道内压力下的输气管道介质中的声速c的数据,所述云端服务器能够根据实时检测到的输气管道内的介质的密度、介质的温度和输气管道内的压力对数据库中的声速数据进行插值和拟合,即可获得输气管道泄漏时的声速v;

所述时间差Δt通过下述途径获得:云端服务器对发生泄露的检测段内的基点、非基点低频声波传感器测得的低频声波信号进行互相关分析,能够获得发生泄露的检测段内基点、非基点低频声波传感器接收到的输气管道泄露时的低频声波信号的时间差,并比较t0和t1的大小,当t0>t1时,时间差为正;当t0

3.根据权利要求1所述的一种基于声波法的输气管道泄露检测系统,其特征在于,所述用户终端为智能手机、平板电脑或个人计算机。