CN102301216A - 漏孔检测器 - Google Patents

Abstract

一种漏孔检测器，用于检测并定位塑料供水管中的漏孔，该漏孔检测器包括：第一传感器，被安排在第一位置上检测沿管传播的漏孔信号；第二传感器，被安排在与第一位置间隔开的第二位置上检测沿该管传播的漏孔信号；和适合从第一传感器及第二传感器接收该信号的处理装置。该处理装置可以适合从漏孔信号的特征，确定该信号的速度。该处理装置适合使用该速度和第一传感器与第二传感器之间的距离，确定漏孔的定位。该特征可以是漏孔信号的相位和频率之间的关系。

Description

漏孔检测器

技术领域

本发明涉及漏孔检测器，用于检测并定位供水管中漏孔的位置，尤其是用于检测并定位塑料，诸如聚乙烯和特别是中等密度聚乙烯(MDPE)供水管中漏孔的位置。尤其是，本发明涉及使用互相关漏孔定位检测器。本发明还涉及一种方法，用于检测和定位塑料的，尤其是聚乙烯诸如中等密度聚乙烯的供水管中漏孔位置。

背景技术

世界许多地区中水的利用，在他们尝试满足饮用水的需求中正在面对日益增长的挑战。这是由许多因素造成的，诸如气候变化、延长的干旱周期、人口增长、迁徙和温度上升，这些因素对已有水源施加日益增加的压力。另一个关键因素是来自水传输和分配网络的泄漏。泄漏是由于网络的老化和破坏而出现的，并构成供水网络中水损耗的主要部分。因此，降低从水源系统的泄漏，是改进水的可持续使用中极其重要的战略。

供水管中漏孔产生沿在管和管壳内的水柱(water column)和包围管的土壤(沿上游和下游两个方向)传播的声音。该声音一般被称为漏孔信号，它包括声学的和振动的信号两者。它能够用声学漏孔检测设备，诸如监听杆(listening stick)和相关器被检测；一般由水工业使用。这些漏孔信号能够被检测的最高可达距离，取决于管的特征。近年来，诸如MDPE的塑料管，与较老管材料诸如金属(铸铁等)和水泥相比，由于它们在使用时较低的老化速率，已经日益受到偏爱。由泄漏管引起的声音，在塑料尤其是MDPE管中很快衰减。所以，使用目前可用的声学发射检测系统，检测和定位诸如聚乙烯的塑料管中的漏孔，是十分困难的。

漏孔的精确定位尤其重要，由于所需要的到达地下管的挖掘工作，所以就时间、费用和涉及找出漏孔的物理努力而言，是昂贵的。

发明内容

按照本发明的第一方面，我们提供一种漏孔检测器，用于检测并定位塑料供水管中的漏孔，该漏孔检测器包括：第一传感器，被安排在第一位置上检测沿管传播的漏孔信号；第二传感器，被安排在与第一位置间隔开的第二位置上检测沿该管传播的漏孔信号；和适合从第一传感器及第二传感器接收信号的处理装置。该处理装置可以适合从漏孔信号的特征，确定漏孔信号的速度。该处理装置适合使用该速度和第一传感器与第二传感器之间距离，确定漏孔的定位。

这是有利的，因为该漏孔检测器使用从该信号的特征导出的漏孔信号的速度，能精确地检测和确定在管中漏孔的定位。被传感器检测的漏孔信号，包括由漏孔和噪声信号引起的声学的和振动的信号。已经发现，尽管有高电平的噪声信号，该处理装置是精确的，并能确定漏孔信号的速度。所以，由漏孔信号的特征和传感器之间的距离所做出的测量，被用于计算漏孔信号的速度。

已知的相关器使用存储在数据库中的预定速度值。这些预定的经验值，是使用各种不同理论的和/或实验的方法被计算的。已知相关器中速度的适当值的选定，依赖于用户输入的两个传感器位置之间管段的尺寸和材料性质。实践中，水分配网络有许多管物理性质上的不连续性和接头。漏孔信号的速度随管的这些物理性质变化颇大。因为这些不连续性，诸如两个测量位置之间管材料的改变(例如由于修理工作)的不完整记录，用已有方法，每次进行相关，以精确确定传播速度，是十分麻烦的。本发明借助从该信号本身的被测量特征，确定漏孔信号的速度，克服这个问题。

该处理装置使用漏孔信号的相位和频率之间的线性关系的特征，可以适合确定漏孔信号的速度。这样做是有利的，因为已经发现，在塑料尤其是MDPE管中，线性相位-频率关系的使用得到在漏孔信号广泛存在的频率范围中的精确结果。

最好是，该特征是漏孔信号的相位和频率，而该处理装置可以使用漏孔信号的相位和频率之间的比值计算该速度。

该处理装置最好被安排成确定第一和第二两个传感器上检测的漏孔信号的傅里叶变换，并还被安排把获得的傅里叶变换相乘和在确定漏孔信号的速度中使用该被相乘的傅里叶变换。

最好是，该第一传感器和第二传感器各包括加速度计。已经发现，这类传感器尤其适合测量由诸如MDPE的塑料管中漏孔产生的振动信号。

该第一传感器和第二传感器最好各包含信号调节单元和发送单元，该信号调节单元被安排对相应传感器接收的信号滤波，该发送单元适合向处理装置发送该被滤波的信号。这样做是有利的，因为信号调节单元能够对信号滤波，使只有频率的最有关范围被发送到处理装置。最好是，该信号调节单元包含其中通带基本上在760Hz以下的低通滤波器。从所有类型泄漏管导出的漏孔信号的频谱范围，通常含有的频率基本上低于760Hz，从而只有有关的频率被考虑。

漏孔检测器最好包含发送单元和接收单元，被安排使第一传感器和第二传感器连同它们关联的信号调节单元，能够对漏孔检测器的其余部分无线地操作，且其中该发送单元适合保持由第一传感器检测的漏孔信号的相位和保持由第二传感器检测的漏孔信号的相位。

最好是，该处理装置适合把从第一传感器和第二传感器接收的信号数字化和存储。这样做是有利的，因为获取信号的周期能够被设置成依赖于噪声出现的量，而且因为数据已被存储，它能够在稍后时间被处理装置处理，或被处理数次以确保精确性。

处理装置最好包含精细滤波单元，适合对被数字化的漏孔信号滤波，该精细滤波单元包括贝塞尔有限脉冲响应(FIR)滤波器。尤其是，该精细滤波单元最好包括第9阶贝塞尔低通滤波器和第8阶贝塞尔高通滤波器。已经发现，滤波器的这种选择，对隔离第一和第二传感器检测的信号中由漏孔引起的漏孔信号，是有利的。该贝塞尔FIR滤波器有线性相位响应，从而对隔离漏孔信号是有用的。

最好是，该处理装置包含开窗口单元，适合把汉宁窗口应用于由第一传感器获得的信号，以获得多个开窗口的信号，并应用于由第二传感器获得的信号，以获得多个开窗口的信号。该开窗口单元适合把来自每一传感器的漏孔信号分解为适用于傅里叶变换和求平均的多个信号。

该处理装置最好包含变换单元，适合对开窗口信号应用快速傅里叶变换。从第一和第二传感器始发的信号，其后能够在频域被处理，这样简化了处理。

该处理装置最好包含求平均单元，该求平均单元适合于：在向每一开窗口信号应用傅里叶变换以后，计算来自第一传感器的多个开窗口信号的均方根平均；以及在向每一开窗口信号应用傅里叶变换以后，计算来自第二传感器的多个开窗口信号的均方根平均。

该处理装置最好包含速度确定单元，被安排从漏孔信号的特征和第一传感器与第二传感器之间的距离，确定漏孔信号的速度，其中该速度由下面方程式获得：

$c=\frac{-\mathrm{\ωD}}{{\mathrm{\φ}}_{x_1{x}_2}^m\left(\mathrm{\ω}\right)}---\left(1\right)$

这里c由信号的速度构成，ω代表角频率，D是第一与第二传感器之间的距离，而

是来自第一传感器的第一信号(x₁)的傅里叶变换与来自第二传感器的信号(x₂)的傅里叶变换的乘积的相位。

最好是，该处理装置包含漏孔定位单元，适合接收由速度确定单元计算的速度，该漏孔定位单元还适合对来自第一传感器的信号与来自第二传感器的信号进行互相关，并使用该互相关结果和该速度，计算该漏孔相对于第一传感器位置或第二传感器位置的定位。

漏孔信号随管中距离的速度和衰减，在使用相关方法确定漏孔位置中起重要作用。现有技术方法要求管的物理性质的事先知识和已知的漏孔信号/瞬态事件源，这些都不是常常轻易地从实践中获得的。因此，根据漏孔信号的线性相位频率关系的新的本方法，是尤其有利的。在有限长度管中波传播的速度和衰减，能够沿待勘查管的长度的两个定位上所作压力测量而被确定。速度能够从两个定位上测量的漏孔信号的傅里叶变换的乘积的线性相位频率关系，使用最小二乘方线性回归获得。衰减通过比较两个漏孔信号测量位置上的传递函数而被计算。

按照本发明的第二方面，我们提供一种检测塑料管中漏孔位置的方法，包括步骤：

在沿管的第一位置上监听漏孔信号；

在沿管的与第一位置间隔开的第二位置上监听漏孔信号；

确定第一位置与第二位置之间的传感器间隔距离；

从信号特征确定漏孔信号的速度；和

使用该传感器间隔距离和速度，识别漏孔的定位。

该监听指示漏孔的信号的步骤，可以在预定测量周期上进行。

识别漏孔的定位的步骤最好包括使用相关函数，确定在第一传感器和第二传感器位置上接收的漏孔信号之间的时间延迟，和使用该传感器间隔距离、该速度和该时间延迟，识别漏孔的定位。

该方法最好包含对在第一位置上获得的信号与在第二位置上接收的信号进行互相关的步骤。

最好是，该方法包含通过确定是否有有区别的峰值已被获得，确认漏孔已在相关函数中被检测的步骤。该步骤能够由该装置的用户或适当的峰值检测算法实现。

按照本发明的第三方面，我们提供一种中等密度聚乙烯供水管中漏孔的漏孔检测器，该漏孔检测器包括：第一传感器，被安排在第一位置上检测沿管传播的漏孔信号；第二传感器，被安排在与第一位置间隔开的第二位置上检测沿管传播的漏孔信号；和适合从第一传感器及第二传感器接收信号的处理装置，该处理装置适合使用0Hz和350Hz之间的漏孔信号的频率范围上的互相关，确定漏孔的定位。

这是有利的，因为已经发现，该频率范围含有足够信息用于精确地识别MDPE中漏孔的位置。所以，本发明的MDPE管中漏孔的漏孔检测器，能在现有技术的相关器已经失效的地方，精确地并可重复地定位漏孔。

可取的是，该频率范围在20Hz和140Hz之间，最可取的是在40Hz和110Hz之间。这些更窄的频率范围能实现MDPE管中漏孔的精确定位，同时使漏孔信号的处理量最小。最好是，第一传感器和第二传感器包括加速度计，适合可靠地操作在110Hz以下的频率上。这是有利的，因为当这些加速度计被适当地配置时，能够精确地测量本发明第三方面所定义范围中的频率。

附图说明

现在接着仅以举例方式，参照附图详细描述本发明，附图中：

图1表明漏孔检测器的实施例和泄漏管的简图；

图2出示的流程图描绘漏孔检测器的操作方法的实施例；和

图3表明如何从漏孔信号的特征计算漏孔信号的速度的简图。

具体实施方式

用于识别管3中漏孔2的位置的漏孔检测器1，如图1所示。在该实施例中，管3是塑料的，尤其是中等密度聚乙烯(MDPE)的。该漏孔检测器1包括第一传感器4和第二传感器5。该第一和第二传感器4和5都是加速度计。具体地说，它们是基于陶瓷晶体的压电加速度计型传感器。传感器4、5检测沿管3传播的声音及振动(即振动声学信号)，而且，如果漏孔2存在，还检测包括指示漏孔的声音的漏孔信号。被传感器4、5检测的漏孔信号包含噪声，该噪声包括管谐振和环境噪声的组合，环境噪声诸如来自交通、人和由于客户消费产生的水流。

如果我们令来自第一传感器4的检测的信号表示为x₁，它是时间t的函数，并包括由漏孔信号(s₁)的贡献和由噪声(n₁)的贡献之和。因此，

x₁(t)＝s₁(t)+n₁(t)    (2)

类似地，来自第二传感器5的检测的信号能够表示为x₂，这里

x₂(t)＝s₂(t)+n₂(t)    (3)

由第一和第二传感器4和5检测的信号，被处理装置6接收，处理装置6适合计算检测的信号内的漏孔信号的速度。处理装置6适合使用该漏孔信号的速度的计算，确定漏孔2的定位。

示出的第一传感器4被附着到第一消防栓7，该第一消防栓7被连接到很可能有漏孔2的管3的长度上。第二传感器5被附着到第二消防栓8，该第二消防栓8被连接于管3的相同长度上。传感器4、5包含把它们紧固到消防栓7、8的磁性吸附件。传感器4、5最好能测量小于0.01g的加速度并能操作在低至1Hz的频率上。第一传感器4记录第一信号，而第二传感器5记录第二信号。

第一传感器4被连接到第一信号调节单元10，而第二传感器5被连接到第二信号调节单元11。第一信号调节单元10和第二信号调节单元11包括模拟滤波器，被安排成限制由传感器4、5接收的检测的信号的带宽。本实施例中的第一滤波器10、11是低通滤波器，被设置成通过760Hz以下的频率。这是有利的，因为已经发现，高达760Hz的频率范围含有已发现的所有普通类型管材料的漏孔信号的频率。因此，要从传感器4、5发送的信息量被缩减，同时保留有意义的频率。第一和第二信号调节单元10和11也适合放大信号。增益被设定为20dB，但它是可以调节的。信号调节单元10、11的放大器装有平衡输入和输出的变压器，以产生低噪声、低失真的在0dB到最大66dB之间的可调节增益。它们工作在10Hz到50Hz的音频带宽并提供超过120dB的宽动态范围。

第一和第二信号调节单元10和11可以包含可调节增益放大器。这样使它们检测不同类型漏孔更灵活。此外，第一和第二信号调节单元10和11可以有独立地可调节的增益。这是有利的，因为漏孔可以接近第一和第二传感器之一，从而远离该漏孔的传感器可以要求更大的增益。第一和第二信号调节单元10和11的增益被传送给处理装置6。

最好是，第一信号调节单元10的增益和第二信号调节单元11的增益被设为相同量。这种配置保持传感器的传递函数，这种配置当与采用自动增益控制的系统比较时，产生精确的结果。

来自信号调节单元10和11被滤波的第一和第二信号，分别被发送单元12和13接收。发送单元12和13分别包含天线14和15，用于无线地发送数据。发送单元12被安排向接收器16发送来自第一传感器4的检测的信号。发送单元13被安排向接收器16发送来自第二传感器5的检测的信号。发送单元12和13操作在无需许可证的UHF(License FreeUHF)范围，有10Hz到18Hz的频率响应、大于110dB的信噪比、和降低噪声干扰的HDX压缩扩展器。

接收器16把接收的第一信号和第二信号传送给处理装置6。处理装置6首先使用模数转换器17，把来自第一传感器4的信号和来自第二传感器的5的信号数字化。模数转换器有12比特/样本的分辨率，而抽样速率被设为2.5kHz。然后，数字信号被记录单元18记录。该记录单元18通常包括计算机的硬盘驱动器。处理装置6包含精细滤波单元19，该精细滤波单元包括被安排对被记录的、数字的第一和第二信号滤波的数字滤波器。

精细滤波单元19适合滤波到1Hz间隔。精细滤波单元19包括贝塞尔有限脉冲响应(FIR)滤波器以及，尤其是第9阶贝塞尔低通滤波器和第8阶贝塞尔高通滤波器。低通滤波器的截止被设定为基本上350Hz，而高通滤波器的截止被设定为基本上15Hz。已经发现，这些设定对MDPE管尤其有利。如果用户不知道管材料，他们能够设定该精细滤波单元19例如使10Hz到760Hz的宽带宽通过，然后观察频率频谱结果，以确定待检查管的最适当频率范围。这一点下面更详细讨论。贝塞尔FIR滤波器有最大地平的群延迟。它们还有线性相位响应，且它们在通带中保持信号的波形，这一点使对漏孔信号的线性相位-频率关系的破坏最小。已经发现，数字滤波器的这种选择，对隔离漏孔信号尤其有利。线性相位-频率关系的保持是重要的，因为该关系能使漏孔信号的速度的计算特别精确，如在下面更详细的讨论。还有，高阶贝塞尔滤波器有高的滚降率和更好的线性的平的通带，它有助于保持该关系。

然后，来自精细滤波单元19的第一和第二信号被传送到开窗口单元20。开窗口单元20把汉宁窗口以窗口之间有50％的重叠应用于这些信号。这样得到来自第一传感器4的多个开窗口的第一信号和来自第二传感器5的多个开窗口的第二信号。汉宁窗口的宽度被设定为使它等于下面讨论的由变换单元21进行的快速傅里叶变换的大小。取窗口的50％的重叠以避免由变换单元21进行的快速傅里叶变换的圆形效应。还有，由于窗口在它的边缘的形状，该重叠确保在窗口边缘的漏孔信号也被考虑。开窗口单元20被安排使来自第一数字化样本的漏孔信号开窗口。

变换单元21被安排对每一开窗口的第一信号和每一开窗口的第二信号进行快速傅里叶变换。现在，这些信号能够在频域被进一步处理。变换是使用有大小为1024点的快速傅里叶变换(FFT)进行的。如果抽样速率、频率分辨率和时间延迟长度中的任一个必须被改变，它的大小能够被改变。1024的默认值被选定，因为漏孔检测器在其上操作的典型距离D，大约为100m。漏孔信号的平均速度大约是350m/s，从而约0.3秒的抽样是需要的，以确保漏孔信号被两个传感器4、5检测。因此，当以2.5Hz被抽样时，大约1024点是需要的。容易看到，不同的点数能够被使用，取决于系统的设定。

处理装置6的下一个处理单元包括求平均单元22。求平均单元22适合计算10到25个FFT变换的开窗口信号之间的均方根。在本实施例中，在15个开窗口信号上的平均被确定。漏孔信号中的噪声在振幅和相位上是随机的。当求平均被执行时，整个噪声电平下降，因为已经发现，来自漏孔信号的信号是十分恒定的。

然后，该平均的信号可以用显示装置的方式向用户显示。信号对频率和时间的幅度被向用户显示，以便能使他们识别结果中出现的漏孔信号的频率范围。如上面所讨论，如有必要，用户可以调节精细滤波单元19的设定，以调准到(focus on)关注的频率范围上。作为替代，处理装置6可以包含用于选择频率范围的漏孔信号频率确定单元(未出示)。该漏孔信号频率确定单元能够以处理来自求平均单元22的输出的算法被实施。

互相关单元23接收来自开窗口单元20的结果并对来自第一传感器4和第二传感器5的每一相应对的开窗口信号进行互相关，以获得相关函数。因此，来自第一传感器4的第一开窗口信号，适合与来自第二传感器5的第一开窗口信号互相关。然后，互相关单元23适合使来自第一传感器4的第二开窗口信号和(来自)第二传感器5(的第二开窗口信号)互相关，余类推。互相关单元23适合在频域中操作并在进行互相关之前应用预滤波。在本实施例中，单元23向信号应用平滑化相干变换(SCOT)权重因子。容易看到，该信号包含大量噪声。已经发现，SCOT权重因子在互相关之前的应用，对有大量噪声的信号获得精确的互相关是特别有利的。SCOT权重函数使得到的互相关函数中的峰值变尖，还使受噪声影响的频率区衰减。

互相关单元23确定该互相关函数是否含有指示待勘查管3中漏孔存在的有区别的峰值。用户可以在结果的图形表示中识别有区别的峰值。然后，该有区别的峰值的位置能够由用户输进漏孔定位单元24。作为替代，可以使用峰值检测算法，诸如Matlab中的“峰值确定(peakdet)”算法，该算法容易由熟练技术人员实施。

如果互相关单元23确定存在漏孔，则漏孔定位单元24被用于计算漏孔位置。要确定该位置，漏孔定位单元24需要漏孔信号的速度，以及在第一和第二传感器4、5之一处被接收的漏孔信号与另一个漏孔信号之间的时间延迟。该时间延迟能够从由互相关单元23计算的相关函数中抽取。该速度由速度确定单元25计算。

因此，处理装置6还包含速度确定单元25。速度确定单元25适合从漏孔信号的线性相位-频率关系特征，导出漏孔信号的速度。尤其是，已经发现，漏孔信号的个别的和相对的相位两者都随频率线性地变化，而速度能够从该线性相位频率关系的梯度计算。

漏孔信号特征依赖于波数，对于被液体充满的弹性外壳，诸如聚乙烯管，该波数变化颇大。在实践中，对管中的任何漏孔，管中有许多波；然而，已经发现，只有一种波(s＝0，n＝0)在漏孔噪声的传播中起主导作用，并携带大部分能量通过管和液体。对这种波，声学压力能够被认为跨越横断面是均匀的，并在频域，该压力由下式给出：

P(L)＝P₀(ω)e^-jkL＝P₀(ω)e^-ωαLe^-jωL/c   (4)

这里L是漏孔位置与传感器位置之间的距离，P₀是声学压力在L＝0处的振幅；k是由k＝ω/c-jαω给出的复数液体带有的(fluid-borne)波数，而相位(φ)由下式给出：

φ＝-ωL/c    (5)

能够看到，漏孔信号是指数衰减函数并有负的相位。参考上面的方程式，对于特定频率，相位依赖于传感器位置离漏孔定位的距离和漏孔信号的速度。结果是，对恒定距离和速度，相位将随频率线性地变化。因此，我们已经发现，漏孔信号的速度能够从相位和频率之间的线性关系的斜率计算。

图3图解地示出漏孔信号的速度是如何计算的。要计算漏孔信号的速度，来自变换单元21的第一信号和第二信号的傅里叶变换被相乘(multiplied)并在理论上无限大的观察区间(T)上被平均，以便使：

$S_{x_1{x}_2}^m\left(\mathrm{\ω}\right)=\underset{T\→\∞}{\mathrm{Lim}}\frac{1}{T}{\∫}_{-\∞}^{\∞}{\∫}_{-\∞}^{\∞}{\left(P_0\left(\mathrm{\ω}\right)\right)}^2{e}^{-\mathrm{\α\ω}(L_1+L_2)}{e}^{-\mathrm{j\ω}(L_1+L_2)/c}\mathrm{dfd\τ}$

$=S_{\mathrm{ll}}\left(\mathrm{\ω}\right){\mathrm{\Ψ}}^m\left(\mathrm{\ω}\right)e^{-\mathrm{j\ω}(L_1+L_2)/c}---\left(6\right)$

这里L₁和L₂是第一传感器4和第二传感器5离漏孔2的各自位置，如图1中所示，S_ll(ω)是漏孔信号的自动谱密度(auto-spectral density)，和

${\mathrm{\Ψ}}^m\left(\mathrm{\ω}\right)=\left|p_1(\mathrm{\ω},L_1)p_2(\mathrm{\ω},L_2)\right|={\left|p_0\left(\mathrm{\ω}\right)\right|}^2{e}^{-\mathrm{\ω\α}(L_1+L_2)}={\left|p_0\left(\mathrm{\ω}\right)\right|}^2{e}^{-\mathrm{\ω\αD}}---\left(7\right)$

这里D是第一和第二传感器之间的总距离，而p₁(ω，L₁)和p₂(ω，L₂)分别表示在第一传感器和第二传感器上测量的漏孔信号的傅里叶变换。方程式7的自变量给出两个漏孔信号傅里叶变换的乘积的相位如下：

${\mathrm{\φ}}_{x_1{x}_2}^m\left(\mathrm{\ω}\right)=\mathrm{Arg}\left\{S_{x_1{x}_2}^m\left(\mathrm{\ω}\right)\right\}=-\mathrm{\ω}(L_1+L_2)/c=-\mathrm{\ωD}/c---\left(8\right)$

这里

是第一信号(x₁)的傅里叶变换与第二信号(x₂)的傅里叶变换的乘积的相位。从方程式(8)能够推出，在两个定位上测量的漏孔信号傅里叶变换的乘积的相位，随频率ω线性地变化。只要距离D已知，速度c能够从

和角频率ω之间这种线性关系的斜率计算，D能够用各种方法，诸如测量轮/带十分精确地测量。本方法的好处是，速度能够从被测量的信号确定，没有必要采用现有技术的用于估算速度的方法或用于测量速度而模拟漏孔。本方法需要两个传感器位置之间的总距离(D)，所以管上任何漏孔能够被考虑。已经发现，本方法产生精确的结果。通过确保在第一传感器和第二传感器上测量的信号之间的高相干性，精确度能够进一步被改进。该精确度能够通过使用较短的传感器间距D而进一步被改进。

所以，漏孔定位单元24适合计算漏孔离第一传感器4的距离和漏孔离第二传感器5的距离。如果漏孔信号从漏孔位置2传播到第一传感器位置所需时间是t₁，而到第二传感器位置是t₂，那么被测量信号(第一传感器是x₁(t)而第二传感器是x₂(t))之间的时间延迟与漏孔定位有关：

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{shift}}=t_2-t_2=\frac{L_2-L_1}{c}---\left(9\right)$

这里c是管3和水柱中漏孔信号的传播速度，而L₁和L₂是离漏孔位置的相应传感器位置1和2。如果两个传感器位置之间的总距离(L₁+L₂)是D，则漏孔相对于传感器位置1的位置由下式给出

$L_1=\frac{D-c{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{shift}}}{2}---\left(10\right)$

相干性单元26可以被用于确定在其上进行互相关的频率。因此，在互相关单元23不识别有区别的峰值的情况下，它可以把第一和第二信号传送给相干性单元26供进一步处理。相干性单元26从精细滤波单元19接收与第一传感器4关联的信号和与第二传感器5关联的信号。相干性单元26被安排成确定从第一传感器4始发的信号与从第二传感器5始发的信号的相干性。两个信号的相干性代表两个信号按0到1的标度的关联程度。相干性越接近1，两个信号越有关。两个信号的相干性在每一频率上被计算。当相干性在从第一和第二传感器位置获得的漏孔信号上被执行时，它将产生每一频率的相干性值，例如对本设定的MDPE管，是从15Hz到350Hz。相干性最高的频率被认为是应当被执行相关的频率范围。由相干性单元26确定的频率范围被安排以便被发送到互相关单元23，以便能够在被识别的频率范围上被执行互相关。

图2示出的流程图表明漏孔检测器的操作方法的实施例。

步骤30代表第一传感器4检测来自它附着的消防栓7的信号。类似地，步骤31表明第二传感器5同时从第二消防栓8获得信号。步骤30和31是在预定的测量周期T上进行的。在本实施例中，T被设定为5分钟。

步骤32代表来自第一传感器4的信号，该信号是通过信号调节单元10的低通滤波器被传送的，该低通滤波器被设定传送760Hz以下的频率。步骤33代表来自第二传感器5的信号，该信号是通过信号调节单元11的低通滤波器被传送的，该低通滤波器被设定传送760Hz以下的频率。

步骤34和步骤35包括来自步骤32和33的被滤波信号，这些信号在步骤36和37的发送之前，分别被放大器12和13放大。

这些信号在步骤38被接收器16接收，然后在步骤39被模数转换器数字化，这些信号其后又在步骤40被记录。应当指出，两个箭头代表各个步骤之间信号的通路，因为从第一传感器4导出的漏孔信号，与从第二传感器5导出的漏孔信号，是分开地被处理的。

步骤41代表精细滤波单元19的应用。在步骤41中，第9阶贝塞尔低通滤波器和第8阶贝塞尔高通滤波器被应用于数字化的信号。如果管材料已知，适当的频率范围能够通过默认值选择。例如，MDPE管中的漏孔信号通常出现在15到350Hz范围。如果管材料不是已知的，该步骤要涉及10到760Hz的精细滤波。

来自步骤41的精细滤波信号，其后在步骤42被开窗口单元20开窗口。汉宁窗口以窗口之间50％的重叠被应用于该精细滤波信号。这样得到多个从第一传感器4始发的开窗口信号和多个从第二传感器5始发的开窗口信号。

在步骤43，快速傅里叶变换被变换单元21应用于开窗口信号。该多个信号现在能够在频域中被进一步处理。

在步骤44，大约15个来自第一传感器的开窗口信号的傅里叶变换，被求平均单元22计算均方根(RMS)平均。类似地，大约15个来自第二传感器的开窗口信号的傅里叶变换，被计算RMS平均。

在步骤45，求平均单元22的结果可以向用户显示。用户可以识别漏孔信号出现的频率并把这些频率输入，以调准(to focus)精细滤波单元19的精细滤波。作为替代，该过程可以被自动化，并把结论反馈至精细滤波单元19。因此，该方法可以返回步骤41供进一步精细滤波。否则，该方法前进到步骤46。容易看到，如果管材料已知，步骤43、44和45可以不执行，而该方法可以直接前进到步骤46。

步骤46包括来自第一传感器4的开窗口信号，与来自第二传感器5的对应开窗口信号的互相关的过程。

步骤47代表确定两个信号之间的相干性，以便使互相关能够在最高度相关的频率范围上进行。容易看到，相干性确定的步骤47是任选的，且代替的是，互相关可以在由精细滤波单元19确定的频率范围上进行。

如果漏孔通过相关函数中有区别的峰值的存在被检测，该方法前进到步骤48，步骤48包括从信号的线性相位-频率关系确定速度。

一旦速度已被确定，步骤49表明，使用信号的速度、在传感器4、5之一和另一个传感器上的它们的接收之间的时间延迟、以及第一传感器位置和第二传感器位置之间的距离，对漏孔定位。

容易看到，虽然本实施例已经就有关中等密度聚乙烯管中找出漏孔被描述，但是，如在上面所讨论，通过改变数字滤波器的设定，本实施例能够有效地被用于定位其他材料的管中的漏孔。

Claims (21)

1.一种用于检测并定位塑料供水管中漏孔的漏孔检测器，该漏孔检测器包括：第一传感器，被安排在第一位置上检测沿管传播的漏孔信号；第二传感器，被安排在与第一位置间隔开的第二位置上检测沿该管传播的漏孔信号；和适合从第一传感器及第二传感器接收信号的处理装置，该处理装置适合从漏孔信号特征的测量，确定该信号的速度，并使用该速度和第一传感器与第二传感器之间距离，确定漏孔的定位。

2.按照权利要求1的漏孔检测器，其中该特征是漏孔信号的相位和频率。

3.按照权利要求1或权利要求2的漏孔检测器，其中该处理装置适合使用该漏孔信号的相位和频率之间线性关系，确定漏孔信号的速度。

4.按照前面权利要求任一项的漏孔检测器，其中该第一和第二传感器各包含信号调节单元和发送单元，该信号调节单元被安排对相应传感器接收的信号滤波，该发送单元适合向处理装置发送该被滤波的信号。

5.按照权利要求4的漏孔检测器，其中信号调节单元包含其中通带基本上在760Hz以下的低通滤波器。

6.按照权利要求4或权利要求5的漏孔检测器，其中该漏孔检测器包含发送单元和接收单元，被安排成使第一传感器和第二传感器连同它们关联的信号调节单元，能够对漏孔检测器的其余部分无线地操作，且其中该发送单元适合保持由第一传感器检测的漏孔信号的相位和保持由第二传感器检测的漏孔信号的相位。

7.按照前面权利要求任一项的漏孔检测器，其中该处理装置适合把从第一传感器和第二传感器接收的信号数字化和存储。

8.按照前面权利要求任一项的漏孔检测器，其中该处理装置包含精细滤波单元，适合对被数字化的漏孔信号滤波，该精细滤波单元包括贝塞尔有限脉冲响应(FIR)滤波器。

9.按照权利要求8的漏孔检测器，其中该精细滤波单元包括第9阶贝塞尔低通滤波器和第8阶贝塞尔高通滤波器。

10.按照前面权利要求任一项的漏孔检测器，其中该处理装置包含开窗口单元，适合把汉宁窗口应用于从第一传感器获得的信号，以获得多个开窗口的信号，并应用于从第二传感器获得的信号，以获得多个开窗口的信号。

11.按照权利要求10的漏孔检测器，其中该处理装置包含变换单元，适合对开窗口信号应用快速傅里叶变换。

12.按照权利要求10或权利要求11的漏孔检测器，其中该处理装置包含求平均单元，该求平均单元适合于：在向每一开窗口信号应用傅里叶变换以后，计算来自第一传感器的多个开窗口信号的均方根平均；以及在向每一开窗口信号应用傅里叶变换以后，计算来自第二传感器的多个开窗口信号的均方根平均。

13.按照前面权利要求任一项的漏孔检测器，其中该处理装置包含速度确定单元，被安排从漏孔信号的特征和第一传感器与第二传感器之间距离，确定漏孔信号的速度，其中该速度由下面方程式获得：

$c=\frac{-\mathrm{\ωD}}{{\mathrm{\φ}}_{x_1{x}_2}^m\left(\mathrm{\ω}\right)}$

这里c由信号的速度构成，ω代表角频率，D是第一与第二传感器之间距离，而

是来自第一传感器的第一信号(x₁)的傅里叶变换与来自第二传感器的信号(x₂)的傅里叶变换的乘积的相位。

14.按照权利要求13的漏孔检测器，其中该处理装置包含漏孔定位单元，适合接收由速度确定单元计算的速度，该漏孔定位单元还适合对来自第一传感器的信号与来自第二传感器的信号进行互相关，并使用该互相关结果和该速度，计算该漏孔相对于第一传感器位置或第二传感器位置的定位。

15.一种检测塑料管中漏孔位置的方法，包括步骤：

在沿管的第一位置上监听漏孔信号；

在沿管的与第一位置间隔开的第二位置上监听漏孔信号；

确定第一位置与第二位置之间的传感器间隔距离；

从信号特征确定漏孔信号的速度；和

使用该传感器间隔距离和速度，识别漏孔的定位。

16.按照权利要求15的方法，其中识别漏孔的定位还包括使用相关函数确定第一传感器和第二传感器位置上接收的漏孔信号之间的时间延迟；和

使用该传感器间隔距离、该速度和该时间延迟，识别漏孔的定位。

17.按照权利要求15的方法，其中该监听指示漏孔的信号的步骤，是在预定测量周期上进行的。

18.按照权利要求15或权利要求16或权利要求17的方法，其中该方法包含对第一位置上获得的信号与第二位置上接收的信号进行互相关的步骤。

19.按照权利要求15到18中任一项的方法，其中该方法包含通过确定是否有有区别的峰值已被获得，确认漏孔已在相关函数中被检测的步骤。

20.按照权利要求18的方法，其中的互相关是在0Hz和350Hz之间漏孔信号的频率范围上进行的。

21.一种基本上按在此参照附图的图1描述的并在该图1中示出的所阐明类型的漏孔检测器。

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