一種用於管路洩露檢測定位的超聲波接收器的安裝及布陣方法
2023-07-09 02:24:01 2
一種用於管路洩露檢測定位的超聲波接收器的安裝及布陣方法
【專利摘要】本發明提供的是一種用於管路洩露檢測定位的超聲波接收器的安裝及布陣方法，它涉及超聲接收器的安裝形式、布陣方式。本發明解決了因老化或外部應力造成的管路開裂破損致使管路內介質洩露的精確檢測定位問題。本發明的製造方法由以下關鍵內容組成：超聲接收器的選擇，選擇具有疊層複合結構的一體化半球殼陶瓷壓電振子作為超聲接收器；洩露方位檢測超聲接收器布陣為等邊三角形的三個頂點，超聲接收器的壓電振子安裝方式為凸面向外，改善水平波束指向性，增強超聲波探測方位能力；定位超聲接收器布置在上述等邊三角形的重心點，超聲接收器的壓電振子安裝方式為凹面向外，縮小垂直方向接收角，使定位範圍減小，提高定位精度。
【專利說明】一種用於管路洩露檢測定位的超聲波接收器的安裝及布陣方法
(—)【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種應用超聲波技術用於傳輸介質為氣體或液體的管路洩露檢測定位，特別涉及超聲換能器安裝方式及布陣方法，用於管路產生洩露事故的識別、檢測和精確定位，屬於自動化測試【技術領域】。
(二)【背景技術】
[0002]管路運輸是基於管路進行物質運輸的一種方式，其與公路、鐵路、飛機、及海運並稱為五大運輸方式之一，在國民生產生活中起著重要的作用。現有的管路運輸有石油運輸，天然氣運輸，城市燃氣運輸、自來水運輸、採暖熱水(熱氣)運輸。管路運輸在我國國民經濟中起著越來越重要的作用。但由於管路一般採用鑄鐵管進行運輸，而且埋藏在地下，隨著時間的推移，其由於受水的腐蝕及地表汽車的碾壓，很容易受到損害而產生裂縫或微孔，造成洩露情況的發生。有機塑料尼龍管路長時間使用也會造成管路老化，隨著管線的增多、管齡的增長、施工缺陷、腐蝕老化等問題和人為破壞的原因，管路洩露事故頻頻發生，給人們的生命財產和生存環境造成了巨大的威脅。
[0003]當管路中氣體發生洩露時，現有的測量定位手段主要為採用煤氣或可燃氣體報警器來進行洩露測量然後進行洩露點的定位，一般情況下洩露點都是處於地表以下，由於土地的結構不同，土地表面的硬化程度不同，當可燃氣體從洩露點擴散至地表時，其距離洩露點的水平距離也是難以預測的，所以在工程上只能採用先直接挖開地面逐段進行洩露點的查找，這樣使工作量很大，而且很難直接找到洩露點。採超聲波洩露檢測方法實現管路洩露點的探測可以成為一個比較好的選擇方案。首先其屬於被動式檢測，對被測量的媒質沒有損傷。其次由於其比較精確的定位能力，使得對於煤氣洩露點的查找變得十分方便。可以大大節省勞動強度，實現生產效率的提高。
[0004]目前使用的超聲波技術用於管路洩露檢測定位的研究成果很多，但是運用超聲接收器陣列形式的檢漏定位儀很少。一般都是採用片式或柱式超聲接收器接收由於洩露產生的超聲波信號，得以檢測的洩露信息並定位。
[0005]美國專利4964059公開了一種長輸管路產生檢測機器人。其採用陣列平面形超聲波探頭布陣方法，超聲波探頭鑲嵌在圓柱形塑料載體溝槽內的探頭孔位內，為增加檢測靈敏度，採用高速旋轉進行檢查掃描。
[0006]專利CN1370989A公開了一種採用旋轉探頭環管路超聲檢測裝置，此裝置需要電動驅動探頭盤旋轉，需要大容量蓄電池供電。在這樣的技術背景下改進設計勢在必行。
[0007]專利ZL200620070557.3公開了利用合金傳輸棒與超聲波傳感器銜接，實現對洩露的特徵頻譜的抓取更加精確、靈活，實現早期報警，提高了撲捉背景噪聲中的超聲波的能力。
[0008]專利ZL200420049717.7公開了一種城市地下天然氣管路無線監控網絡系統。系統核心包括管路洩漏超聲波探測器及單片機、無線路由器和GSM/GPRS無線收發器，該專利涉及的監控網絡系統可實現無人遠程監測。
[0009]本發明在已有的管路洩露檢測定位的研究成果基礎上，提出一種利用疊層複合結構的一體化半球殼陶瓷壓電振子作為超聲接收器，通過超聲接收器的凸凹面不同的安裝形式及超聲波接收器的三角形安裝及布陣方法，實現輸送介質(氣體或液體)管路洩露的精確檢測定位。這種方法可提高管路洩露檢測靈敏度、提高定位儀定位精度。
[0010]該發明可應用於城市供熱管網、燃氣管網、自來水管網以及工農業領域氣、液輸送管網的洩露安全檢測與定位的儀器開發中，用以實現實施檢測報警定位。為規避和減少災害與危險，實施救援提供信息支持。
[0011]本發明方法的有益效果是，利用具有疊層複合結構的一體化半球殼陶瓷壓電振子作為超聲接收器，使壓電振子安裝方式為凸面向外，改善水平波束指向性，增強超聲波探測方位能力，利用3隻超聲接收器布陣為等邊三角形的三個頂點，利用復三角目標定位方法，在一直兩兩傳感器的位置及兩條甚至多條方位線的交點時，可採用三角定位法確定目標的最大可能方位，實現洩露方位的指示。利用具有疊層複合結構的一體化半球殼陶瓷壓電振子作為超聲接收器，布置在等邊三角形的重心點，並使壓電振子安裝方式為凹面向外，縮小垂直方向接收角，使定位範圍減小，實現洩露位置精度定位。呈現出良好的工程適用特點。
(三)
【發明內容】
[0012]本發明的目的是為了解決超聲波管路洩露檢測定位儀以下問題:
[0013](I)檢測靈敏度不高。一些低壓力介質洩露產生的超聲波較弱，特別是一些埋地管路洩露往往檢測靈敏度不高，噪聲淹沒了信號，往往無法檢測出洩露信號；
[0014](2)定位精度不高。一些檢測定位儀多採用一隻超聲波接收器，很多噪聲的幹擾無法實現高精度定位。有一些檢漏儀雖然採用了超聲波陣列，但由於超聲波的檢測靈敏度較低，又存在布陣和解算方法問題，定位精度一直解決不理想；
[0015](3)洩漏點指向性不明確。目前超聲波管路洩露檢測定位儀還未見到在洩漏點檢測過程中漏點方向指向功能的。本專利利用3隻超聲接收器布陣為等邊三角形的3個頂點，實現洩露點方位檢測，經過矢量計算，可實現洩漏點方位指向性。
[0016]本發明的目的是這樣實現的:
[0017]用於管路洩露檢測定位儀的超聲波接收器選擇具有疊層複合結構的一體化半球殼陶瓷壓電振子，超聲波接收器布陣採用三角形加重心結構，使用4個超聲波探頭。洩露方位檢測超聲接收器布陣為等邊三角形的三個頂點，超聲接收器的壓電振子安裝方式為凸面向外，改善水平波束指向性，增強超聲波探測方位能力；定位超聲接收器布置在上述等邊三角形的重心點，超聲接收器的壓電振子安裝方式為凹面向外，縮小垂直方向接收角，使定位範圍減小。該超聲波接收器布陣方法具有較強的識別和定位以及抗幹擾能力。
[0018]本發明的結構包括，圖1為凸面安裝壓電振子的超聲波接收器示意圖，圖2為凹面安裝壓電振子的超聲波接收器示意圖，圖3為超聲波接收器陣列布陣示意圖。整體結構包括超聲波接收器陣列(3個凸面向外安裝方式的壓電振子，I個凹面向外安裝方式的壓電振子)和信號處理顯示模塊(信號採集預處理電路，A/D轉換，單片機信息處理單元，IXD方位指向，定位指示燈)。
[0019]本發明的想法是，將超聲波接收器的信號看作與洩露產生的超聲波有關，作為信號處理部分的輸入信號，信號處理單元的輸出信號為洩漏點的方位指向、位置定位、定位指示。信號採集預處理電路輸出洩露信號經過單片機進行支持向量機處理，使用信息融合算法，從而得到洩漏點的撲捉與定位。
(四)【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為凸面安裝壓電振子的超聲波接收器示意圖
[0021]圖2為凹面安裝壓電振子的超聲波接收器示意圖
[0022]圖3為超聲波接收器陣列布陣示意圖
(五)【具體實施方式】
[0023]參照圖1，表示凸面安裝壓電振子的超聲波接收器示意圖。概括起來為:取疊層複合結構的一體化半球殼陶瓷壓電振子，將兩條引出電極通過絕緣電纜引出，製作金屬外殼，將半球殼陶瓷壓電振子用膠封接在金屬外殼的安裝處，半球殼凸面向外並突出在金屬殼夕卜，引線通過金屬外殼內孔引出，完成超聲波接收器的製作。
[0024]參照圖2，表示凹面安裝壓電振子的超聲波接收器示意圖。概括起來為:取疊層複合結構的一體化半球殼陶瓷壓電振子，將兩條引出電極通過絕緣電纜引出，製作金屬外殼，將半球殼陶瓷壓電振子用膠封接在金屬外殼的安裝處，半球殼凹面向外並內含在金屬殼內，引線通過金屬外殼內孔引出，完成超聲波接收器的製作。
[0025]參照圖3，表示超聲波接收器陣列布陣示意圖。取3隻凸面安裝壓電振子的超聲波接收器安裝在三角形支架的三個頂點，取I只凹面安裝壓電振子的超聲波接收器安裝在三角形支架的重心支架頂點上，完成超聲波接收器陣列布陣。
[0026]超聲波接收器的信號處理顯示模塊主要包括:信號採集預處理電路，A/D轉換，單片機信息處理單元，LCD方位指向，定位指示燈。超聲波接收器的壓電振子的諧振頻率為25kHZ、40kHZ、60kHZ，經選頻後，將幹擾信號濾掉，只有諧振25kHZ、40kHZ、60kHZ的有用信號(洩露產生的超聲波信號)送入高通放大器放大、拾取，經單片機進行支持向量機處理，使用信息融合算法，得到洩漏點的撲捉與定位。
【權利要求】
1.一種用於管路洩露檢測定位的超聲波接收器的安裝及布陣方法，其特徵在於利用疊層複合結構的一體化半球殼陶瓷壓電振子作為超聲接收器，通過超聲接收器的凸凹面不同的安裝形式及超聲波接收器的三角形布陣方式，實現管路介質洩露的精確檢測定位。
2.根據權利要求1所述的一種用於管路洩露檢測定位的超聲波接收器的安裝及布陣方法，其特徵在於利用具有疊層複合結構的一體化半球殼陶瓷壓電振子作為超聲接收器，使壓電振子安裝方式為凸面向外，改善水平波束指向性，增強超聲波探測方位能力，利用3隻超聲接收器布陣為等邊三角形的三個頂點，實現洩露方位指示。
3.根據權利要求1所述的一種用於管路洩露檢測定位的超聲波接收器的安裝及布陣方法，其特徵在於利用具有疊層複合結構的一體化半球殼陶瓷壓電振子作為超聲接收器，布置在等邊三角形的重心點，並使壓電振子安裝方式為凹面向外，縮小垂直方向接收角，使定位範圍減小，提高定位精度，實現洩露位置定位。
【文檔編號】F17D5/06GK103542260SQ201210236352
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月10日 優先權日:2012年7月10日
【發明者】鄒文江, 李昆, 張強, 張芃浩, 鄒艾一, 宋凱 申請人:哈爾濱盛仕瑞達科技發展有限公司