一种基于相关测漏原理的地下供水管道漏点定位仪＊

2018-12-23吴天豪

科技与创新 2018年1期

关键词：供水管压电漏水

吴天豪

（武汉理工大学机电工程学院，湖北武汉 430070）

一种基于相关测漏原理的地下供水管道漏点定位仪＊

吴天豪

（武汉理工大学机电工程学院，湖北武汉 430070）

提出了一种新型漏点定位仪。在当前相关测漏原理的基础上，利用相关检测的原理，结合压电传感器、信号放大电路、模拟滤波电路以及DSP信号处理模块，实现对漏水声音的采集、放大、自动滤波以及自动处理、对漏点进行自动化精准定位的功能。

测漏原理；漏点检测；供水管道；漏点定位

水是人类生存的必要条件之一，是世界各国国民经济和社会发展的重要因素。我国是一个水资源缺乏的国家，人均水量只相当于世界人均占有量的1/4，在我国仍有一部分城市的水资源不能满足生产生活需要。对此，国家出台一系列政策鼓励节约用水，研究如何节水，节约点滴水资源具有十分重要的意义。然而，在我国供水管网系统运行的过程中，每年因管道漏水不仅造成大量水资源浪费，还带来巨大的经济损失。加强管道漏水的检测和处理，是最有效、最快捷的供水管网漏水防治措施。当前，应用最普遍的地下管道泄漏探测技术方法主要是音听检漏法。该方法需分步查漏，费时费力，同时受声音的强弱、外界影响大，且甄别水管漏水在很大程度上依靠人的经验。为克服以上弊端，相关的测漏法应运而生，它们是在已知管道长度与漏水声传播速度的条件下，通过相关的算法，求得漏水声传至待检测管道两端的时间差，以确定漏点的位置。但这些方法自动化水平较低，在测距、测速方面需要人为操作。

本文结合现有的主要检测漏水方法，基于相关测漏原理，即通过检测判断漏水声到达某特定位置的时间差判断漏水点。该方法不仅可以对漏点进行较为准确的检测和监控，提前告知漏点，还可以有效节省水管维修管道的时间，节约维修成本，对水管检修具有重要的意义，同时还可以减少水资源的浪费。

1 方案设计

本设计主要由压电传感器、水流量传感器、放大电路、模拟滤波器以及DSP系统电路组成，整体方案和传感器安装位置如图1所示。

压电传感器：主要利用压电材料的压电效应实现能量的转换，当压电材料受到外力时，其表面将产生电荷，将机械能转换成电能。漏水点处振动发出的声波可沿管道向两端传播，安装于水管两侧外部的传感器在不同时间接收到该声波并进行处理。选用YD30D压电传感器，其灵敏度高、通用性强、抗干扰性强、性价比高、安装方便。

放大电路：可增大来自传感器的信号，便于后续处理。

模拟滤波器：可将热电发电结构产生的电能储存起来，通过输出稳定的电流供给激光二极管使用，使其正常工作。

DSP系统：将采集的信号进行模数转换、数字滤波、相关运算，从而得出漏点的准确位置。主机采用数字信号处理专用芯片TMS320C5420，具有较快的运行速度，实现了实时检测与反馈。

图1 整体方案和传感器安装位置

2 技术路线

相关检测原理说明：设L为被测管道长度，A，B为管道的2个端点，X1和X2为漏点距两端的距离。泄漏发生后，在漏点处由于水流的冲击，会引起周围介质的振动，这样就会产生以漏点为中心的漏水声波信号。该漏水声波信号将以声速沿管道向两端传播，在A，B端点安装的传感器会在不同时刻检测到这一信号。利用其时间差即可求得漏点距离管道端点的位置，从而准确定位漏点位置。

将传感器归为信号采集模块，放大电路与滤波电路部分归为信号预处理及信号传输模块，将DSP部分归为信号处理及反馈模块。