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聲學所發現管道泄漏定位精度隨信號振幅變化機理

2019-10-12 聲學研究所
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  自1960年世界上第一臺泄漏噪聲相關儀問世以來,泄漏噪聲檢測系統有了很大改進,目前,噪聲相關儀已成為管網監測中必備的檢測設備。其中基于泄漏噪聲信號的相關檢漏法在供水管道泄漏檢測中應用得最為普遍。為維護管網安全運營,管道泄漏檢測與定位新技術、新產品一直是國內外研究者關注的熱點。

  多數泄漏噪聲相關儀研發商認為泄漏噪聲信號的感知性能是決定漏點定位精度的關鍵因素之一。為揭示檢測信號的振幅信息對漏點定位的影響規律,中國科學院聲學研究所噪聲與振動重點實驗室研究員高艷以及巴西圣保羅州立大學教授Mike Brennan等科研人員共同開展了管道泄漏噪聲信號振幅失真(削波或量化)對相關檢漏法性能影響的理論、數值和實驗研究。

  相關研究成果近期在線發表于國際期刊Journal of Sound and Vibration

  基于埋地供水管線泄漏所激發的管內聲壓和管壁振動的理論模型,研究人員引入SIGNUM函數對這兩類檢測信號進行削波/極性化處理,同時有效保留了信號中的過零點信息(圖1);結合Van Vleck早期提出的削波信號理論和隨機電報信號理論,建立理論模型并推導出削波信號的互相關函數(CCF)和互譜密度(CPSD)的解析解和近似解;闡明了振幅失真對相關檢漏法性能的影響規律。

  研究結果表明,當保留噪聲信號的過零點信息時,即使發生嚴重振幅失真,也能得到準確的時延估計,從而實現漏點精準定位。如圖2所示,分析PVC管道漏水檢測的聲壓和加速度信號可見,削波對互相關系數影響微乎其微。

  該研究成果對泄漏噪聲相關儀的研制具有重要指導意義,即自動增益控制電路以及多位AD轉換器并非設計關鍵;當泄漏噪聲不小于AD轉換器的最小分辨電壓時,即可實現準確的時延估計。

  該研究受國家自然基金(No. 11774378)以及FAPESP, SABESP資助。

  論文鏈接

1 實測泄漏噪聲信號與削波信號(圖/中科院聲學所)

2 實測泄漏噪聲信號與削波信號的互譜、相位譜和互相關系數(圖/中科院聲學所)

打印 責任編輯:葉瑞優

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