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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE60114366 T2
Publication typeGrant
Application numberDE2001614366
PCT numberPCT/CA2001/000030
Publication date27 Jul 2006
Filing date12 Jan 2001
Priority date14 Jan 2000
Also published asCA2397174A1, CA2397174C, DE60114366D1, EP1250578A2, EP1250578B1, US6453247, WO2001051904A2, WO2001051904A3
Publication number01614366, 2001614366, DE 60114366 T2, DE 60114366T2, DE-T2-60114366, DE01614366, DE2001614366, DE60114366 T2, DE60114366T2, PCT/2001/30, PCT/CA/1/000030, PCT/CA/1/00030, PCT/CA/2001/000030, PCT/CA/2001/00030, PCT/CA1/000030, PCT/CA1/00030, PCT/CA1000030, PCT/CA100030, PCT/CA2001/000030, PCT/CA2001/00030, PCT/CA2001000030, PCT/CA200100030
InventorsOsama Hunaidi
ApplicantNational Research Council Of Canada, Ottawa
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
Pc-multimedia leckdetektionsverfahren für wassertransmission- und wasserverteilungsröhren Pc multimedia leak detection method for wassertransmission- and water distribution pipe translated from German
DE 60114366 T2
Abstract  available in
Claims(5)  translated from German
  1. Verfahren zur akustischen Leckageermittlung in einer Rohrleitung, in der eine Flüssigkeit unter Druck geführt wird, wobei ein erster und ein zweiter akustischer Sensor, die eine Leckage einschließen, jeweils ein erstes und ein zweites Leckagesignal bereitstellen, gekennzeichnet durch digitales Abtasten des ersten und des zweiten Leckagesignals jeweils über einen ersten und einen zweiten Kanal einer Multimedia-PC-Soundkarte ( A method of acoustic leak determination in a pipe in which a liquid is passed under pressure, wherein a first and a second acoustic sensor include leakage, each having a first and a second leakage signal supply, characterized by digitally sampling the first and second leakage signal each have a first and a second channel of a multimedia PC sound card ( 3 3 ) zur Analyse mittels eines Personalcomputers, Auswahl desjenigen Signals des ersten oder des zweiten Kanals als Bezugssignal, das den niedrigeren Leistungspegel aufweist, Festlegen eines oberen Integrationsgrenzwerts zur Berechnung einer verstärkten Impulsansprechverhaltensfunktion entsprechend der Eigenschaften des Rohres, durch das die Flüssigkeit fließt, Berechnen der verstärkten Impulsansprechverhaltensfunktion aus dem ersten und dem zweiten Leckagesignal unter Verwendung des ausgewählten Bezugssignals und Integration über einen endlichen Frequenzbereich, der von dem oberen Integrationsgrenzwert begrenzt wird, und Bestimmen einer Position der Leckage relativ zu dem ersten oder dem zweiten akustischen Sensor ( ) For analysis by a personal computer, selection of the signal of the first or the second channel as the reference signal having the lower power level, setting of an upper integration limit for calculating an enhanced impulse response function corresponding to the properties of the tube through which the liquid flows, calculating the enhanced impulse response function from the first and the second leakage signal using the selected reference signal and integrating over a finite range of frequencies bounded by the upper integration limit value, and determining a position of the leak relative to the first or the second acoustic sensor ( 3 3 ) durch Berechnen einer Zeitverschiebung entsprechend eines Maximums der verstärkten Impulsansprechverhaltensfunktion. ) By calculating a time shift corresponding to a maximum of enhanced impulse response function.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch Berechnen einer Querkorrelationsfunktion des ersten und des zweiten Leckagesignals, wobei das erste und das zweite Leckagesignal ungefiltert sind, Nachfilterung der Querkorrelationsfunktion, und Bestimmen einer weiteren Position der Leckage relativ zum ersten und zweiten akustischen Sensor ( The method of claim 1 further characterized by calculating a cross-correlation function of the first and second leakage signal, wherein the first and the second leakage signal are unfiltered, post-filtering the cross-correlation function, and determining a further position of the leak relative to the first and second acoustic sensor ( 3 3 ) durch Berechnen einer Zeitverschiebung entsprechend eines Maximums der nachgefilterten Querkorrelationsfunktion. ) By calculating a time shift corresponding to a maximum of the post-filtered cross correlation function.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 2, ferner gekennzeichnet durch Auswählen der Querkorrelationsfunktion oder der Impulsfrequenzfunktion zur Bestimmung der Position der Leckage. The method of claim 2, further characterized by selecting the cross-correlation function or the pulse frequency function for determining the position of the leakage.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Nachfilterung iteratives Filtern der Querkorrelationsfunktion mit einer Vielzahl von Filtern und Auswählen der nachgefilterten Querkorrelationsfunktion umfasst, die die ausgeprägteste Spitze als Hinweis auf die Leckage aufweist. The method of claim 2, wherein the post-filtering iteratively filtering the cross-correlation function comprises a plurality of filters, and selecting the post-filtered cross-correlation function having the most pronounced peak as an indication of the leakage.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch Verschieben des Frequenzbereichs der abgetasteten ersten und zweiten Leckagesignale, um zu ermöglichen, dass die Multimedia-PC-Soundkarte ( The method of claim 1, further characterized by shifting the frequency range of the sampled first and second leak signals to permit the multimedia PC sound card ( 3 3 ) eine für Menschen hörbare Ausgabe erlaubt. ) An audible output allows for people.
Description  translated from German
  • Gebiet der Erfindung Field of the Invention
  • [0001] [0001]
    Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leckageermittlung und insbesondere ein Verfahren und ein System zur Lokalisierung von Leckagen in städtischen Wasserversorgungsrohren. The present invention relates to a leakage determination and more particularly to a method and system for locating leaks in municipal water supply pipes.
  • Hintergrund der Erfindung Background of the Invention
  • [0002] [0002]
    In den meisten städtischen Wasserversorgungssystemen geht ein bedeutender Prozentanteil an Wasser beim Transport von der Aufbereitungsanlage zum Verbraucher verloren. In most urban water supply systems, a significant percentage of water in the transport of the treatment plant is lost to the consumer. Gemäß einer Untersuchung, die 1991 von der International Water Supply Association (IWSA) gemacht wurde, liegt der Anteil an verlorenem Wasser üblicherweise in einem Bereich von 20 bis 30% bezogen auf die Produktion. According to a study that was done by the International Water Supply Association (IWSA) In 1991, the proportion of lost water is usually in the range of 20 to 30% relative to the production. In manchen Systemen, hauptsächlich in älteren Systemen, kann der Prozentanteil an verlorenem Wasser 50% oder mehr betragen. In some systems, mainly in older systems, the percentage of lost water can be 50% or more. Wasserverlust hat normalerweise mehrere Ursachen, die Leckagen, Messfehler und Diebstahl einschließen. Loss of water usually has several causes, including leaks, measurement error and theft. Gemäß der IWSA-Umfrage ist der Hauptgrund Leckagen. According to the IWSA survey the main reason is leakage.
  • [0003] [0003]
    Eine Wasserleckage ist ein teures Problem – nicht nur hinsichtlich der Verschwendung eines teuren natürlichen Rohstoffs, sondern auch in wirtschaftlicher Hinsicht. A water leakage is an expensive problem - not only in terms of waste of an expensive natural resource, but also in economic terms. Der wirtschaftliche Hauptverlust aufgrund Leckagen sind die Kosten für das Rohwasser, dessen Aufbereitung und dessen Transport. The main economic loss due to leakage is the cost of the raw water, its preparation and its transport. Eine Leckage führt ferner auch zu einem zweiten wirtschaftlichen Verlust in der Form von Schäden am Rohrsystem, zB Erosion der Rohrbettung und große Rohrbrüche, und in Form von Schäden an Straßen- und Gebäudefundamenten. Leakage also further results in a second economic loss in the form of damage to the pipe system, for example, erosion of pipe bedding and major pipe breaks, and in the form of damage to foundations of roads and buildings. Abgesehen von den Umweltverlusten und wirtschaftlichen Verlusten, die durch eine Leckage hervorgerufen werden, sind undichte Rohre eine Gefahr für die öffentliche Gesundheit, da jede Undichtigkeit ein potentieller Eintrittspunkt für Verunreinigungen ist, wenn ein Druckverlust in dem System auftritt. Apart from the environmental losses and economic losses caused by a leak, leaky pipes pose a threat to public health, as each leak is a potential entry point for contamination when a pressure drop occurs in the system.
  • [0004] [0004]
    Der wirtschaftliche Druck, Bedenken bezüglich Gesundheitsgefahren der Öffentlichkeit und einfach die Notwendigkeit Wasser zu sparen, motivieren Wassersystembetreiber, Leckageerkennungsuntersuchungen auszuführen. Economic pressures, concerns about health risks to the public and easy to save the need for water motivate water system operators to perform leak detection studies. Undichtigkeiten können in manchen Fällen visuell durch Entdecken von austretendem Wasser auf dem Boden bestimmt werden. Leaks can be determined visually in some cases by discovering leaking water on the floor. In den meisten Fällen tritt jedoch austretendes Wasser nicht an die Oberfläche und normalerweise werden akustische Verfahren verwendet, um Leckagen durch Auswerten von Geräuschen oder Vibrationen, die durch Wasser, das aus den Rohren unter Druck austritt, hervorgerufen werden, zu lokalisieren. In most cases, however, spillage of water occurs not at the surface and normally acoustic methods are used to locate leaks by evaluating sounds or vibrations that are caused by water leaking from the pipes under pressure.
  • [0005] [0005]
    Das Ermitteln von Leckagen, bei dem eine akustische Vorrichtung verwendet wird, besteht normalerweise aus zwei Phasen. The determination of leakage, in which an acoustic device is used, normally consists of two phases. In der ersten Phase wird eine erste Ermittlung durch Abhören von Leckagegeräuschen durchgeführt, bei der beispielsweise Abhörstäbe oder Aqua-Kopfhörer an allen erreichbaren Anschlußpunkten in dem Verteilersystem, beispielsweise Feuerlöschhydranten, Ventile, usw. eingesetzt werden. In the first phase, an initial determination by listening leakage noise is performed in the example interception rods or aqua headphones to all accessible connection points in the distribution system, such as fire hydrants, valves, etc. can be used. Vermutliche Leckagepunkte, die in dieser Phase gefunden werden, werden für eine genauere Ermittlung (Feinbestimmung) in der zweiten Phase aufgeschrieben. Suspected leak points that are found in this phase are written down for a more accurate determination (fine determination) in the second phase. Leckagen werden durch Verwenden von Geophonen oder Erdmikrophonen, um nach Leckagegeräuschen am Boden direkt oberhalb des Rohrs in sehr engen Intervallen zu horchen, zB nach jedem Meter (3,3 ft) oder durch Verwenden von Leckagegeräuschkorrelationsvorrichtungen, die als Leckagekorrelatoren bekannt sind, genauer bestimmt. Leakage is by using geophones or Erdmikrophonen to listen for leakage noise on the ground directly above the pipe in very narrow intervals, eg every meter (3.3 ft) or determined by use of leak noise correlators, which are known as Leckagekorrelatoren more detail.
  • [0006] [0006]
    Abhörvorrichtungen nutzen sensible Mechanismen oder Werkstoffe, zB piezoelektrische Elemente, zum Erfassen von Geräuschen und Vibrationen, die durch die Leckage erzeugt werden. Listening devices utilize sensitive mechanisms or materials, such as piezoelectric elements, for sensing noise and vibration, which are generated by the leakage. Dies können entweder mechanische oder elektronische Vorrichtungen sein. This can be either mechanical or electronic devices. Moderne elektronische Vorrichtungen können Signalverstärker und Geräuschfilter umfassen, die in ungünstigen Umgebungen sehr hilfreich sein können. Modern electronic devices may include signal amplifier and noise filters that can be very helpful in adverse environments. Die Verwendung von Abhörvorrichtungen ist normalerweise einfach, aber ihre Effektivität hängt von der Erfahrung des Verwenders ab. The use of listening devices is usually easy, but its effectiveness depends on the experience of the user.
  • [0007] [0007]
    Die Lokalisierung von Leckagen in Wasserverteilungsrohren ist eine klassische Anwendung des Querkorrelationsverfahrens, das in dem Buch „Engineering applications of Correlation and Spectral Analysis" („Technische Anwendung der Korrelations- und Spektralanalyse"), das von JS Bendat und AG Piersol geschrieben und bei John Wylie und Sons, New York, 1980 veröffentlicht wurde, beschrieben ist. The localization of leaks in water distribution pipes is a classic application of the cross-correlation method described in the book "Engineering applications of correlation and Spectral Analysis" ("Technical Application of Correlation and Spectral Analysis"), which is written by JS Bendat and AG Piersol and John Wylie and Sons, New York, published in 1980, is described. Für das Verfahren wurden die US Patente Nr. 4,083,299, 5,531,099 und 5,205,173 angemeldet. US Patent Nos. 4,083,299 were, 5,531,099 and 5,205,173 registered for the process. Mit dem US Patent Nr. 5,974,862 wurden mehrere Verbesserungen des Quer korrelationsverfahrens angemeldet, um die Verfahrensgenauigkeit für die Bestimmung von Leckagen zu verbessern. The US Pat. No. 5,974,862, several improvements of the cross-correlation procedure were logged in order to improve the accuracy method for the determination of leakage. Die Verbesserungen umfassen die Erzielung einer höheren Übersetzung des Verhältnisses Signal zu Geräusch durch Übermitteln von Leckagesignalen durch Verwenden eines digitalen kabellosen Systems, wobei Signale an den Sensor digitalisiert werden, wodurch ein höherer dynamischer Bereich des Messsystems durch Anwenden einer variablen Verstärkung bei Leckagesignalen erzielt wird, um den vollen Bereich des Analog – Digitalwandlers zu nutzen und durch Vorsehen einer schrittweisen Annäherung in der Berechnung der Querkorrelationsfunktion. The enhancements include achieving a higher ratio of the ratio of signal to noise by transmitting leak signals by using a digital wireless system wherein signals are digitized at the sensor, thus, a higher dynamic range of the measuring system is obtained by applying a variable gain in case of leakage signals to to use digital converter and by providing a gradual approach in calculating the cross-correlation function - the full range of the analog.
  • [0008] [0008]
    Das Querkorrelationsverfahren beruht auf Messen von Vibrationen oder Geräuschen in dem Rohr an zwei Punkten, die die Position einer vermuteten Leckage zwischen sich einschließen. The cross-correlation method is based on measuring vibrations or noises in the pipe at two points, which include the location of a suspected leak between them. Vibrationssensoren (normalerweise Beschleunigungsmesser) werden an Feuerlöschhydranten oder beliebigen anderen Anschlusspunkten an den Wasserrohren, wie in Vibration sensors (accelerometers usually) be at fire hydrants or any other connection points to the water pipes, as in 1 1 schematisch dargestellt, angebracht. shown schematically, attached. Alternativ können Hydrophone (oder Unterwassermikrophone) verwendet werden. Alternatively, hydrophones (underwater microphones or) can be used. Diese werden in die Feuerlöschhydranten durch Verwenden modifizierter Hydrantkappen eingeführt. These will be introduced to the fire hydrants by using modified hydrant caps. Vibrationssignale oder Geräuschsignale werden von den Sensoren an den Korrelator kabellos oder unter Verwendung von Kabeln übermittelt. Vibration signals or noise signals are transmitted from the sensors to the correlator wirelessly or using wires. Die Querkorrelation wird für die gemessenen Leckagesignale direkt in dem Zeitbereich oder indirekt in dem Frequenzbereich berechnet. The cross-correlation is calculated for the measured leak signals directly in the time domain or indirectly in the frequency domain. Für Leckagesignale f 1 (t) und f 2 (t) in digitaler Form erfolgt die Schätzung der Querkorrelationsfunktion (C ^ 12 ) in dem Zeitbereich durch Verwenden der nachfolgenden Summenformel For leak signals f1 (t) and f 2 (t) in digital form, the estimate of the cross-correlation function (C ^ 12) in the time domain by using the following empirical formula worin i = 1, 2, ... M, Δt das Abtastinterval ist, fk / 1 und fk / 2 jeweils die k-te Probe der Signale 1 und 2 sind, und N die Gesamtanzahl von digitalen Proben ist. wherein i = 1, 2, ... M, .DELTA.t is the sampling interval, f k / 1 and fk / 2 respectively the k-th sample of the signals 1 and 2, and N is the total number of digital samples. Bei der obigen Formel werden weniger und weniger Termen bei ansteigendem i eingeschlossen. In the above formula fewer and fewer terms are included with increasing i. Es ist daher notwendig M auf einen kleinen Bruch von N, beispielsweise ¼ zu begrenzen. It is therefore necessary M, for example, ¼ to be limited to a small fraction of N. Bei dem Frequenzbereich wird die Schätzung der Querkorrelationsfunktion (C ^ 12 ) über die inverse Fourier-Transformation der Querspektraldichtefunktion als In the frequency domain the estimate of the cross correlation function (C ^ 12) through the inverse Fourier transform of the Querspektraldichtefunktion as is berechnet, wobei j = √ calculated, where j = √ –1 -1 und E ^ 12 eine Schätzung der Querspektraldichtefunktion sind, die als and E ^ 12 an estimate of the Querspektraldichtefunktion are known as E ^ 12 (ω) = F ^ E ^ 12 (ω) = F ^ * * 1 1 (ω)F ^ 2 (ω) (Ω) F ^ 2 (ω) definiert ist, wobei jeweils F ^ 1 und F ^ 2 die Spektraldichtefunktionen der Signale f 1 (t) und f 2 (t) sind. is defined, wherein each F 1 and F ^ 2 ^, the spectral density of the signals f 1 (t) and f 2 (t). F ^ * / 1 ist der komplexe Kehrwert von F ^ 1 Die Spektraldichtefunktion eines Signals f(t) wird über die Fourier-Transformation mit F ^ * / 1 is the complex inverse of F ^ 1 The spectral density function of a signal f (t) has been associated with the Fourier transform berechnet. calculated.
  • [0009] [0009]
    Für Signale in digitaler Form werden die Integrale der oberen Formel durch Verwen den äquivalenter Summenformeln berechnet. For signals in digital form, the integrals in the formula above are calculated by Verwen the equivalent sum formulas.
  • [0010] [0010]
    Die Querkorrelationsfunktion, die in dem Frequenzbereich erzielt wird, ist kreisförmig, wie durch das hochgestellte c dargestellt. The cross-correlation function which is obtained in the frequency domain is circular, as shown by the superscript c. Dies folgt aus der impliziten Periodizität der Zeitsignale in der Fourier-Transformation von unendlichen Signalen. This follows from the implicit periodicity of the time signals in the Fourier transform of the infinite signals. Zeitverzögerungen, die Spitzen der kreisförmigen Korrelationsfunktionen entsprechen, können verzerrt sein. Time delays correspond to the tips of the circular correlation functions can be distorted. Der Kreiseffekt kann einfach durch Auffüllen der Zeitsignale mit einem Null-Amplituden-Segment der Länge T eliminiert werden. The circle effect can be easily eliminated by filling the time signals with zero amplitude segment of length t.
  • [0011] [0011]
    Die Schätzung der Querspektraldichtefunktion, die bei den oben beschriebenen Formeln verwendet wird, wird normalerweise durch Mitteln der Ergebnisse der Berechnungen, die für eine Vielzahl an Aufnahmen oder Messungen der Zeitsignale mit The estimate of the Querspektraldichtefunktion, which is used in the formulas described above, is usually determined by averaging the results of the calculations with a plurality of shots, or measurements of time signals berechnet werden, wobei k ein Signal oder eine Aufnahmeanzahl und N r die Gesamtanzahl von Messungen darstellt. be calculated, where k is a signal or a recording number and N r is the total number of measurements is. Das Mitteln verringert die Wirkung von unzusammenhängenden willkürlichen Geräuschen auf die Genauigkeit der Querkorrelationsfunktion. The averaging reduces the effect of incoherent random noise on the accuracy of the cross-correlation function. Ein Maß der Beziehung des Ansprechverhaltens an den zwei Messpunkten für eine bestimmte Frequenzkomponente wird durch die Kohärenzfunktion, die als A measure of the relationship of the response at the two measurement points for a given frequency component is determined by the coherence function, as the definiert ist, berücksichtigt, wobei E ^ 11 und E ^ 12 jeweils Schätzungen der Auto- Spektralen der Messungen an den Punkten 1 und 2 sind. is defined to take into account, where E ^ E ^ 11 and 12 respectively of the car are estimates of the spectral measurements at points 1 and 2. Der Wert γ ^ 2 / 12 beträgt zwischen 0 und 1; The value of γ ^ 2/12 amounts between 0 and 1; ein Wert von 1 kennzeichnet, dass Signale an dem Punkt 1 und 2 durch die gleiche Quelle(n) hervorgerufen werden und ein Wert von 0 kennzeichnet, dass die Signale an den zwei Punkten voneinander unabhängig sind. a value of 1 indicates that signals at the points 1 and 2 by the same source (s) are caused and a value of 0 indicates that the signals at the two points are independent from each other. Werte zwischen 0 und 1 kennzeichnen die Anwesenheit von abhängigen und unabhängigen Komponenten. Values between 0 and 1 indicate the presence of dependent and independent components.
  • [0012] [0012]
    Wenn eine Leckage zwischen den zwei Messpunkten existiert, wird die Querkorrelationsfunktion eine ausgeprägte Spitze aufweisen und die entsprechende Zeitverschiebung (τ max ) entspricht dem Unterschied in den Ankunftszeiten zwischen den gemessenen Leckagesignalen. If a leak between the two measurement points exist, the cross-correlation function will have a pronounced peak and the corresponding time lag (τ max) is the difference in arrival times between the measured leak signals. Bei With 1 1 ist die Zeitverzögerung zwischen den gemessenen Leckagesignalen, bezogen auf die Position der Leckage relativ zu den gemessenen Punkten, durch is the time delay between measured leak signals, based on the position of the leak relative to the measured points, by definiert, wobei L 1 und L 2 jeweils die relativen Positionen der Leckage zu den Sensoren 1 und 2 sind und c die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Leckagegeräusches in dem Rohr darstellt. defined, wherein L 1 and L 2 each are the relative positions of the leak to the sensors 1 and 2 and c is the propagation velocity of the leak sound in the pipe. Für Leckagen, die mittig zwischen den Sensoren angeordnet sind, ist die Zeitverzögerung gleich null. For leakages which are arranged centrally between the sensors, the time delay is zero. Durch Ersetzen von L 2 = D – L 1 in der oben beschriebenen Formel wird die Position der Leckage relative zum Punkt 1 durch die Formel The position of the leakage L 1 in the formula described above relative to the point 1 by the formula - by replacing L 2 = D berechnet, wobei D der Abstand zwischen den Sensoren ist – der normalerweise am Ort gemessen oder von Systemkarten abgelesen wird. calculated, where D is the distance between the sensors - usually measured on the site or read off system maps. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit c hängt von dem Typ und der Größe des Rohrs ab. The propagation velocity c depends on the type and size of the tube. Geschwindigkeitswerte können von den Rohrherstellern erhalten werden oder sie können durch die folgende Formel berechnet werden: Speed values can be obtained from the pipe manufacturers or they can be calculated by the following formula: wobei c o die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Geräusches in einem unendlichen Körper aus Wasser gleich where c o is the propagation speed of the sound the same in an infinite body of water ist, K w der räumliche Elastizitätsmodul von Wasser ist, p die Dichte von Wasser ist, E P der Elastizitätsmodul des Rohrwerkstoffs ist, D der Innendurchmesser des Rohres ist, ε die Dicke der Rohrwand ist und a eine Konstante ist, die von der Beschränkung der Längsbewegung des Rohres (a ist gleich 1 für Rohre, die Expansionsverbindungen aufweisen, die normalerweise für Wasserverteilerrohre verwendet werden) abhängt. , K w is the spatial modulus of elasticity of water, p is the density of water, E P to the elasticity modulus of the pipe material, D is the inner diameter of the tube, ε the thickness of the tube wall, and a is a constant to that of the restriction longitudinal movement of the pipe (a equals 1 for pipes having expansion joints, which are normally used for water distribution pipes) depends. Für eine größere Genauigkeit sollte vorzugsweise die Ausbreitungsgeschwindigkeit durch eine bekannte Leckagequelle, die innerhalb oder außerhalb der Umschließung simuliert wird, an Ort und Stelle gemessen werden. For greater accuracy, the propagation velocity should preferably be measured by a known leak source is simulated inside or outside the enclosure in place.
  • [0013] [0013]
    In den meisten Fällen müssen die Leckagesignale gefiltert werden, um Schmalbandgeräusche mit einer hohen Amplitude, zB Resonanzansprechverhalten des Rohrs, und elektrische Geräusche, die durch Masseschleifen mit der Netzspannungsfrequenz erzeugt werden, zu entfernen. In most cases, the leakage signals must be filtered with a high amplitude, eg Resonanzansprechverhalten of the tube, and electrical noise generated by ground loops with the power line frequency to remove narrowband noise. Andererseits wird die Querkorrelationsfunktion der Leckagesignale durch die Frequenzen des Schmalbandansprechverhaltens oder der Geräusche, die die Spitze, die mit der Leckageposition übereinstimmt, verdecken oder verzerren, dominiert. On the other hand, the cross-correlation function of leak signals is determined by the frequencies of the narrow-Banda crosstalk behavior or noise, the collapse or distort the peak coinciding with the leakage position, dominates.
  • [0014] [0014]
    Der Zeitunterschied zwischen den Leckagesignalen kann alternativ durch Nutzen der Impulsansprechverhaltensfunktion bestimmt werden, die auch in dem Buch „Engineering applications of Correlation and Spectral Analysis" („Technische Anwendungen der Korrelations- und Spektralanaylse"), das von JS Bendat und AG Piersol geschrieben wurde und bei John Wylie und Sons, New York, 1980 veröffentlicht wurde, beschrieben ist. The time difference between the leakage signals may alternatively be determined by utilizing the impulse response, which is also in the book "Engineering applications of correlation and Spectral Analysis" ("Technical applications of correlation and Spektralanaylse"), which was written by JS Bendat and AG Piersol and John Wylie and Sons, New York, was published in 1980, is described. Die Impulsansprechverhaltensfunktion wird bei dem US Patent Nr. 5,038,614 zur Berechnung der Zeitverschiebung zwischen den Leckagesignalen in Brunnenbohrungsleitungen und Rohren angewendet. The impulse response function is used in the US Pat. No. 5,038,614 to calculate the time difference between the leakage signals in well drilling pipes and tubes. Die Impulsansprechverhaltensfunktion wird durch die inverse Fourier-Transformation der Frequenzansprechverhaltensfunktion (nämlich die Übertragungsfunktion zwischen Ausgabe und Eingabe), dh The impulse response function is the inverse Fourier transform of the Frequenzansprechverhaltensfunktion (namely, the transfer function between output and input), ie, definiert, wobei die Übertragungsfunktion H ^ 12 (ω) als defined, wherein the transfer function H ^ 12 (ω) as definiert ist. is defined.
  • [0015] [0015]
    Vorangehende Implementierungen des Querkorrelations- und des Ansprechverhaltensverfahrens für die Ermittlung von Leckagen in städtischen Wasserverteilungsrohren als auch traditionelle Abhörvorrichtungen führen zu mehreren Nachteilen, und zwar wie folgt. Preceding implementations of Querkorrelations- and Ansprechverhaltensverfahrens for the detection of leaks in urban water distribution pipes as well as traditional listening devices lead to several disadvantages, as follows.
  • [0016] [0016]
    Das Querkorrelationsverfahren ist schlecht geeignet für Leckagesignale, die eine Leistungskonzentration in einem schmalen Frequenzband aufweisen. The cross-correlation method is poorly suited for leakage signals which have a concentration of power in a narrow frequency band. Für solche Signale, die herkömmlicherweise bei Plastikrohren auftreten, werden Spitzen, die einer Leckage entsprechen, und die, die durch eine Quelle, die außerhalb der Umschließung hervorgerufen werden, verzerrt oder es ist schwierig, diese aufgrund der „Ausbreitungswirkung" der Spitzen voneinander zu unterscheiden. Je schmaler das Frequenzband ist, desto weiter werden die Spitzen verteilt und im Grenzbereich wird die Querkorrelation harmonisch für unendliche Schmalbandsignale. For such signals commonly occur with plastic pipes are peaks corresponding to a leak, and that by a source that caused outside the enclosure, distorted or it is difficult to distinguish them from each other due to the "spread effect" of the peaks . The narrower the frequency band, the wider the peaks are distributed in the boundary area and the cross-correlation is harmonically for infinite narrowband signals.
  • [0017] [0017]
    Für Schmalbandsignale kann die Impulsansprechverhaltensfunktion eine verbesserte Auflösung der Querkorrelationsspitzen aufgrund ihrer „computational whitening"-Wirkung der Leckagesignale bereitstellen. Obwohl das Impulsansprechverhaltensverfahren eine verbesserte Auflösung für Signale, die eine Leistungskonzentration in einem oder mehreren Frequenzbändern aufweisen, bereitstellen kann, muss sich das Spektrum der Signale über einen weiten Bereich erstrecken. In anderen Worten gesagt, heißt das, dass die Impulsansprechverhaltensfunktion kein verbessertes Verhalten für „wahre" Schmalbandsignale bereitstellt, bei denen die Daten außerhalb des Hauptfrequenzbands sehr klein oder durch Geräusche dominiert sind. For narrowband signals, the impulse response can provide improved resolution of cross-correlation peaks due to their "computational whitening" effect of leak signals. Although the Impulsansprechverhaltensverfahren can provide improved resolution for signals that have a concentration of power in one or more frequency bands, the spectrum of the signals themselves must extend over a wide range. In other words, this means that the impulse response not improved behavior for "true" narrowband signals provides, in which the data is dominated outside the main frequency bands is small, or by noise. Leckagesignale in Plastikrohren sind wahre Schmalbandsignale. Leak signals in plastic pipes are true narrowband signals.
  • [0018] [0018]
    In Plastikrohren werden Leckagesignale ferner über die Distanz mit einer höheren Rate als in anderen Rohren gedämpft. In plastic pipes leak signals are further attenuated over the distance at a higher rate than other tubes. Da die Leckage normalerweise zwischen den gemessenen Punkten asymmetrisch positioniert ist, werden die gemessenen Leckagesignale stark unterschiedliche Leistungsniveaus aufweisen. Since the leakage is usually asymmetrically positioned between the measured points, the measured leakage signals have very different levels of performance. Wenn das Signal mit höherem Niveau als Bezugssignal in der Impulsansprechverhaltensrechnung verwendet wird, wird daher der „Whitening"-Effekt dieses Verfahrens nicht wirksam und die Übertragungsfunktion wird durch sehr schmale Bandspitzen, zB Resonanzansprechverhalten des Rohrs, dominiert. When the signal having a higher level is used as reference signal in the Impulsansprechverhaltensrechnung, hence the "whitening" effect of this method is not effective and the transfer function is very narrow band peaks, eg Resonanzansprechverhalten of the pipe dominates.
  • [0019] [0019]
    Die Leistung der Leckagesignale in Plastikrohren ist auf einen schmalen Niedrigfrequenzbereich (< 50 Hz) konzentriert. The power of leak signals in plastic pipes is concentrated in a narrow low frequency range (<50 Hz). Ein menschliches Ohr ist nicht sensibel genug, um Geräusche mit Frequenzen in diesem Bereich zu hören. A human ear is not sensitive enough to hear sounds with frequencies in the range.
  • [0020] [0020]
    Ein Vorfiltern der Leckagesignale unter Verwendung von digitalen Filtern, um Störgeräusche zu entfernen, ist zeitaufwendig. A pre-filtering of leak signals using digital filters to remove noise is time consuming. Dies ist insbesondere der Fall, wenn Leckagesignale, die wiederholt analysiert werden sollen, um ein optimales Querkorrelationsergebnis zu finden oder wenn sehr lange Leckagesignale verwendet werden müssen, um das Signal zu Geräuschverhältnis für Leckagesignale mit niedrigem Niveau zu verbessern. This is particularly the case if leakage signals to be analyzed repeatedly to find an optimal cross-correlation result or if very long leakage signals must be used to improve the signal to noise ratio for leakage signals with a low level.
  • [0021] [0021]
    Um einige der oben beschriebenen Probleme gemäß dem Stand der Technik zu lösen, ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren für die Leckageermittlung vorzusehen. In order to solve some of the problems described above, according to the prior art, it is an object of the invention to provide an improved method for the leakage determination.
  • Zusammenfassung der Erfindung Summary of the Invention
  • [0022] [0022]
    Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur akustischen Leckageermittlung in einer Rohrleitung, in der eine Flüssigkeit unter Druck geführt wird, bereitgestellt, wobei ein erster und ein zweiter akustischer Sensor, die eine Leckage einschließen, jeweils ein erstes und ein zweites Leckagesignal bereitstellen, das gekennzeichnet ist durch, digitales Abfragen des ersten und des zweiten Leckagesignals jeweils über einen ersten und einen zweiten Kanal einer Multimedia-PC-Soundkarte ( According to the invention a method of acoustic leak detection is provided in a pipe in which a liquid is passed under pressure, wherein providing a first and a second acoustic sensor include leakage, each having a first and a second leakage signal, which is characterized by digital queries of the first and second leakage signal each have a first and a second channel of a multimedia PC sound card ( 3 3 ) zur Analyse mittels eines Personalcomputers, ) For analysis by a personal computer,
    Auswahl desjenigen Signals des ersten oder des zweiten Kanals als Bezugssignal, das den niedrigeren Leistungspegel aufweist, Selection of the signal of the first or the second channel as the reference signal having the lower power level,
    Festlegen eines oberen Integrationsgrenzwerts zur Berechnung einer verstärkten Impulsansprechverhaltensfunktion entsprechend der Eigenschaften des Rohres, durch das die Flüssigkeit fließt, Setting an upper integration limit for calculating an enhanced impulse response function corresponding to the properties of the tube through which the liquid flows,
    Berechnen der verstärkten Impulsansprechverhaltensfunktion aus dem ersten und dem zweiten Leckagesignal unter Verwendung des ausgewählten Bezugssignals und Integration über einen endlichen Frequenzbereich, der von dem oberen Integrationsgrenzwert begrenzt wird, und Calculating the enhanced impulse response function from the first and the second leakage signal using the selected reference signal and integrating over a finite range of frequencies bounded by the upper integration limit value, and
    Bestimmen einer Position der Leckage relativ zu dem ersten oder dem zweiten akustischen Sensor ( Determining a position of the leak relative to the first or the second acoustic sensor ( 3 3 ) durch Berechnen einer Zeitverschiebung entsprechend eines Maximums der verstärkten Impulsansprechverhaltensfunktion. ) By calculating a time shift corresponding to a maximum of enhanced impulse response function.
  • [0023] [0023]
    Gemäß der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur digitalen Verlagerung des Frequenzinhalts des Geräuschs, das durch die Leckage hervorgerufen wird, vorgesehen. According to the invention is also a method for digitally shifting the frequency content of the noise, which is caused by the leakage, is provided. Gemäß der Erfindung werden Erfassung und Aufbereitung und Abhören der Leckagesignale über einen mit Multimedia ausgerüsteten PC ausgeführt. According to the invention, the acquisition and processing and listen to the leak signals of an equipped with multimedia PC to run. Die vorliegende Erfindung bietet die folgenden Vorteile: The present invention offers the following advantages:
    Das verbessere Impulsansprechverhaltensverfahren eliminiert das Erfordernis für eine Vor- oder Nachfilterung der Störgeräusche und eliminiert daher die Ungenauigkeit und Schwierigkeiten, die von einem Laien beim Auswählen der Filtereinstellungen, insbesondere für Niedrigfrequenzschmalbandsignale, beispielsweise solche, die in Plastikrohren und anderen Rohren, die nicht aus Metall hergestellt sind, vorliegen, auftreten können. The upgrade Impulsansprechverhaltensverfahren eliminates the need for a pre- or post-filtering of noise and therefore eliminates the uncertainty and difficulties from a layman when selecting the filter settings, especially for low-frequency narrowband signals, such as those in plastic pipes and other pipes that are not made of metal are present, may occur.
  • [0024] [0024]
    Das Nachfiltern der Querkorrelationsfunktion unter Verwendung von digitalen Filtern ist wesentlich effektiver als das Vorfiltern der Leckagesignale gemäß der bisherigen Praxis. The post-filtering of the cross-correlation function using digital filters is much more effective than the pre-filtering of leakage signals in accordance with current practice.
  • [0025] [0025]
    Die digitale Verlagerung des Frequenzinhaltes des durch die Leckage erzeugten Geräusches macht es möglich, niedrigfrequente und durch Leckage erzeugte Geräusche, wie sie bei Plastikrohren und Rohren, die nicht aus Metall hergestellt sind, auftreten, durch Verlagern ihres Frequenzinhalts auf einen Bereich, der für das durchschnittliche menschliche Ohr hörbar ist, zu hören. The the frequency content of the noise generated by the leakage digital shift enables low-frequency and leakage generated noise, such as occur in plastic tubes and pipes that are not made of metal, by shifting its frequency content to a range, the average for the human ear can hear, hear.
  • [0026] [0026]
    Die Verwendung des mit Multimedia ausgerüsteten PCs, um die Leckagesignale aufzunehmen, aufzubereiten und wiederzugeben, hat sich für Signale mit niedrigem Niveau als geeignet erwiesen und ferner eliminiert damit die Notwendigkeit einer spezialisierten und teueren Datenerfassungs- und Verarbeitungshardware. The use of the equipped with multimedia PCs to accommodate the leakage signals, prepare and reproduce has been found for signals with low levels as appropriate and further, eliminating the need for a specialized and expensive data acquisition and processing hardware.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen Brief Description of Drawings
  • [0027] [0027]
    Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei The invention is described below with reference to the drawings, wherein
  • [0028] [0028]
    1 1 eine schematische Darstellung des Arbeitsaufbaus zur Ermittlung einer vermuteten Leckage durch Verwenden des Querkorrelationsfunktions- oder des Impulsansprechverhaltenverfahrens ist, a schematic representation of the construction work for detecting a suspected leak by using the Querkorrelationsfunktions- or Impulsansprechverhaltenverfahrens is
  • [0029] [0029]
    2 2 ein vereinfachtes Diagramm eines PCs ist, der eine Soundkarte aufweist, die mit einem Satz Lautsprechern und mit Sensoren verbunden ist, a simplified diagram of a PC is having a sound card that is connected to a set of speakers and sensors,
  • [0030] [0030]
    3 3 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines beispielhaften Systems gemäß der Erfindung ist, das drei Hauptmodule aufweist: (i) ein Datenerfassungsmodul, (ii) ein Signalaufbereitungsmodul, das digitale Filter umfasst, und (iii) ein Spektralanalysemodul, a simplified block diagram of an exemplary system according to the invention comprising three main modules: (i) a data acquisition module, (ii) a signal conditioning module, the digital filter comprises, and (iii) a spectral analysis module,
  • [0031] [0031]
    4 4 ein vereinfachtes Datenflussdiagramm des Datenerfassungsmoduls ist, a simplified data flow diagram of the data acquisition module,
  • [0032] [0032]
    5a 5a –c graphische Darstellungen der Wirkung des Filterverfahrens auf die Querkorrelationsfunktion sind, -C graphical representations of the effect of filtering method on the cross-correlation function are
  • [0033] [0033]
    6a 6a –f graphische Darstellungen der Wirkung des oberen Integrationsgrenzwerts auf die Impulsansprechverhaltensfunktion sind, -f graphical representations of the effect of the upper integration limit on the impulse response are
  • [0034] [0034]
    7a 7a –f graphische Darstellungen der Wirkung des Bezugskanals auf die Impulsansprechverhaltensfunktion sind, -f graphical representations of the effect of the reference channel the impulse response are
  • [0035] [0035]
    8a 8a –b einen Ergebnisvergleich für Leckagesignale in einem 6'' PVC-Rohr, die durch Verwenden von LeakFinder und TurboLab PC-Systemen erfasst und analysiert wurden (tatsächliche Leckageposition ist 73,5 m von dem Sensor 1 oder A entfernt), darstellen, -b a comparison of results for leakage signals in a 6 '' PVC pipe, which were collected and analyzed by using LeakFinder and TurboLab PC systems (actual leakage position is 73.5 m away from the sensor 1 or A), showing,
  • [0036] [0036]
    8c 8c –d einen Ergebnisvergleich für Leckagesignale in einem 8'' Rohr aus duktilem Gusseisen, die durch Verwenden von LeakFinder und TurboLab PC-Systemen erfasst und analysiert wurden (genaue Leckageposition ist 40 m von dem Sensor 1 oder A entfernt), darstellen, -d a comparison of results for leakage signals in an 8 '' pipe made of ductile cast iron, which were collected and analyzed by using LeakFinder and TurboLab PC systems (exact leak position is 40 m away from the sensor 1 or A), showing,
  • [0037] [0037]
    9 9 eine beispielhafte graphische Hauptbenutzeroberfläche (default/vorgegeben) darstellt, an exemplary graphical user interface main (default / set) is,
  • [0038] [0038]
    10 10 eine beispielhafte graphische Darstellung der Spektralanalyseergebnisse ist und an exemplary graphical representation of the Spektralanalyseergebnisse, and
  • [0039] [0039]
    11 11 eine beispielhafte graphische Darstellung der Zeithistorie der aufgenommenen Leckagesignale ist. an exemplary graph showing the time history of recorded leak signals.
  • Spezifische Beschreibung der Erfindung Specific Description of the Invention
  • [0040] [0040]
    Gemäß der Erfindung wird eine verbesserte Impulsansprechverhaltensfunktion oder eine nachgefilterte Querkorrelationsfunktion verwendet, um einen Abstand von einer bekannten Position zu einer Leckage entlang eines Rohres, das eine Flüssigkeit unter Druck führt, zu bestimmen. According to the invention an improved impulse response function or a post-filtered cross-correlation function is used to determine a distance from a known position to a leak along a pipe which leads a fluid under pressure. Die Verwendung des verbesserten Impulsansprechverhaltens ermöglicht, dass empfangene Signale ohne Filterung verarbeitet werden können, was sehr vorteilhaft ist, da das Filtern von Signalen, die sich auf Leckagen in einem Rohr beziehen, insbesondere die, die ein Schmalbandfrequenzspektrum aufweisen, oft schwierig ist und Filterungsfehler zu einer inkorrekten Lokalisierung von Leckagen führen. The use of the enhanced impulse response allows received signals can be processed without filtering, which is very advantageous, because the filtering of signals relating to leaks in a pipe, especially those having a narrow-band frequency spectrum, is often difficult and filtering errors lead to an incorrect localization of leaks. Die Verringerung der Anzahl von möglichen Fehlerquellen ist vorteilhaft. The reduction in the number of possible error sources is advantageous. Ferner ist die Verwendung einer verbesserten Impulsansprechverhaltensfunktion zur Lokalisierung von Leckagen in Plastikrohren gut geeignet. Further, the use of an improved impulse response for locating leaks in plastic pipes is very suitable. Das Nachfiltern der Querkorrelationsfunktion, um Störgeräusche zu entfernen, ist wirksamer als die Vorfilterung von Leckagesignalen, insbesondere wenn die Querkorrelation in dem Frequenzbereich berechnet wird. The post-filtering the cross-correlation function, to remove noise, is more efficient than pre-filtering of leak signals, especially when the cross-correlation is calculated in the frequency domain.
  • [0041] [0041]
    Ein weiteres erfinderisches Merkmal gemäß der vorliegenden Erfindung ist, dass Geräuschsignale empfangen und mit einer anderen Frequenz wiedergegeben werden können, um zu ermöglichen, dass ein Benutzer (Mensch) Leckagen beispielsweise in Plastikrohren hören kann, wobei das Geräuschsignal, das sich auf solch eine Leckage bezieht, eine Frequenz aufweist, die nicht hörbar ist. Another innovative feature of the present invention is that the noise signals can be received and played back using a different frequency to allow a user to hear leaks, for example in plastic tubes (Human), the noise signal, which refers to such a leakage having a frequency that is not audible.
  • [0042] [0042]
    Bei einer Ausführungsform gemäß In an embodiment according 2 2 ist ein PC is a PC 1 1 dargestellt, der eine Soundkarte shown that a sound card 3 3 , die mit einem Satz Lautsprechern That with a set of speakers 5 5 und mit einem Mikrophon and with a microphone 7 7 in der Form eines Leckagesensors verbunden ist, aufweist. is connected in the form of a leak sensor, comprising. Der Leckagesensor The leakage sensor 7 7 ist ähnlich denen, die auf dem Gebiet der Leckageermittlung herkömmlicherweise verwendet werden. is similar to those used in the area of leakage determination conventionally. Wahlweise werden, wenn ein tragbarer Computer verwendet wird, Kopfhörer (nicht dargestellt) anstelle der Lautsprecher verwendet, um den Gebrauch der Einheit zu erleichtern. Optionally, when a portable computer is used, headphones (not shown) instead of the speaker used to facilitate the use of the unit.
  • [0043] [0043]
    Die vorliegende Erfindung kann teilweise als eine PC basierte Software-Anwendung eingesetzt werden, um Leckagen in Wasserrohrleitungen zu ermitteln, die eine verbesserte Impulsansprechverhaltenstechnik nutzt. The present invention may be partially used as a PC-based software application to detect leaks in water pipes, which employs an enhanced Impulsansprechverhaltenstechnik. Eine beispielhafte Ausführungsform gemäß der Erfindung ist eine Software-Anwendung mit dem Titel LeakFinder TM . An exemplary embodiment according to the invention is a software application entitled LeakFinder TM. Diese Software-Anwendung nutzt die Möglichkeiten der Multimediakomponenten von modernen PCs, hauptsächlich ihre Soundkarten, um Leckagesignale aufzunehmen und wiederzugeben. This software application designed to take advantage of the multimedia components of modern PCs, mainly their soundcard to record and play back leak signals. Sie nutzt ferner die Hochgeschwindigkeits-CPUs heute erwerblicher PCs, um rechner-intensive Berechnungen für die Impulsansprechverhaltens- und Querkorrelationsfunktionen auszuführen. It also uses the high-speed CPUs today erwerblicher PCs to run computer-intensive calculations for the Impulsansprechverhaltens- and cross-correlation functions. Heutzutage umfassen PCs sowohl sehr schnelle CPUs als auch Soundkarten, die eine analog-digital Auflösung von wenigstens 16-Bit aufweisen, die die Datenerfassungssysteme, die herkömmlicherweise in vielen Forschungslabors verwendet werden, übertreffen. Nowadays PCs include both very fast CPUs and sound cards that have an analogue-digital resolution of at least 16-bit, which exceed the data acquisition systems that are commonly used in many research laboratories. Die Verwendung von Multimediakomponenten bei der Leckageermittlung an Wasserrohrleitungen und weitere wissenschaftliche Anwendungen wurden traditionell aufgrund der Bedenken, dass weitere Geräusche durch diese Komponenten als auch durch die Systeme, in denen sie installiert sind, erzeugt werden, übersehen. The use of multimedia components in determining the leakage of water pipes and other scientific applications have traditionally been due to concerns that additional noise generated by these components as well as the systems in which they are installed, overlooked. Die Natur dieser Geräusche sind jedoch bei dieser Anwendung für die Ermittlung und Verarbeitung von Leckagesignalen irrelevant. The nature of these sounds, however, are irrelevant in this application for the identification and processing of leak signals.
  • [0044] [0044]
    LeakFinder TM , wie hier implementiert, ist eine auf Windows basierende Anwendung, die unter Windows NT oder Windows 98 arbeitet. LeakFinder TM as implemented here, a Windows-based application that runs under Windows NT or Windows 98. Die Anwendung kann auch bei einem beliebigen vorgegebenen Betriebssystem erfolgen. The application can also be done at any given operating system. Die vorliegende Anwendung weist anwenderfreundliche Menüs und Datendisplays auf, aber dies muss nicht so sein. The present application has user-friendly menus and data displays, but this need not be so. Die LeakFinder TM -Software kann einfach mit kommerziell erhältlichen digital oder analog, auf RF-basierenden kabellosen Datenüberträgern und Leckagesensoren, beispielsweise Hydrophonen und Beschleunigungsmessgeräten integriert wer den – wodurch ein vollständiges Leckageermittlungssystem bereitgestellt wird. The LeakFinder ™ software can easily be integrated with commercially available digital or analog, on RF-based wireless data transfer devices and leakage sensors, such as hydrophones and accelerometers who the - thereby providing a complete leak detection system.
  • [0045] [0045]
    Das LeakFinder TM -Leckageermittlungssystem löst viele Probleme der existierenden kommerziellen „Black-Box" – Leckagegeräuschkorrelatoren. Seine Merkmale umfassen ein Ansprechverhalten bei sehr niedriger Frequenz, einen weiten Bereich von spektralen Schätzwerten, Speicherung von unaufbereiteten Daten für die ortsunabhängige Analyse, sehr fein einstellbare digitale Filter für die Geräuschunterdrückung usw. Vorteilhaft ist, dass es im Verhältnis zu einem typischen Leckageermittelungssystem, das durchschnittlich ungefähr $50.000 kostet, kostengünstig ist. Dies bedeutet, dass das System für die Verwendung in Dritte Welt- Ländern, in denen die Wasserleckagerate höher als 70% der Produktion ist, erschwinglich ist. The LeakFinder TM -Leckageermittlungssystem solves many problems of the existing commercial "black box." - Leckagegeräuschkorrelatoren Its features include a response at very low frequencies, a wide range of spectral estimates, storage of raw data for location-independent analysis, very finely adjustable digital filter It is advantageous for noise suppression, etc., that it is cost-effective relative to a typical Leckageermittelungssystem, which costs an average of about $ 50,000. This means that the system for use in third world countries where the water leakage rate is higher than 70% of the Production is, is affordable.
  • [0046] [0046]
    Gemäß According to 3 3 umfasst das System drei Hauptmodule: (i) ein Datenerfassungsmodul, (ii) ein Signalaufbereitungsmodul, das digitale Filter umfasst, und (iii) ein Spektralanalysemodul. the system comprises three main modules: (i) a data acquisition module, (ii) a signal conditioning module, the digital filter comprises, and (iii) a spectral analysis module. Diese Module als auch die Aufbereitungs- und Analyseparameter, die Programmausgabe und Verifizierungsbeispiele werden nachfolgend beschrieben. These modules as well as the preparation and analysis parameters, the program output and verification examples are described below.
  • Datenerfassungsmodul Data acquisition module
  • [0047] [0047]
    In In 4 4 sind ein Blockdiagramm und ein Datenflussdiagramm des Datenerfassungsmoduls dargestellt. are shown a block diagram and a data flow diagram of the data acquisition module. Bei dem Datenerfassungsmodul werden Leckagesignale unter Verwendung der Soundkarte des PCs bei irgendeiner Abtastfrequenz der Karte, normalerweise zwischen 11.025 und 44.000 Hz aufgenommen. In the data acquisition module will leak signals using the PC sound card at any sampling frequency of the card, usually taken from 11,025 to 44,000 Hz. Die aufgenommenen Leckagesignale können entweder im .wav Standardformat oder im .ascii Format abgespeichert werden. The leakage signals recorded can be stored either in the standard .wav format or .ascii format. Typische benutzerdefinierte Datenerfassungsparame ter umfassen folgendes: Datenerfassungsmodus, zB Stereo oder Mono, Auflösung, Abtastfrequenz, Dauer, und Lautstärkenregelung für die Aufnahme und Wiedergabe. Ter Typical custom Datenerfassungsparame include: data acquisition mode, such as stereo or mono, resolution, sampling frequency, duration, and volume control for recording and playback. Die Soundkarte wird auf Stereomodus (dh Zweikanalaufnahme) geschaltet, wenn das System für die Leckageermittlung unter Anwendung eines Querkorrelationsverfahrens verwendet wird, und auf Monomodus geschaltet, wenn Leckagegeräusche an nur einem Punkt, beispielsweise bei einer Abhörüberwachung, gemessen werden. The sound card is set to stereo mode (ie, two-channel recording) when the system is used for the leakage determination using a cross-correlation method, and switching to mono mode when leakage noise at only one point, for example at a monitoring surveillance, can be measured. Wenn Mithörvorrichtungen ferngesteuert verwendet und Geräuschaufnahmen mit der Zeit gekennzeichnet werden, ist es natürlich möglich, das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung mit zwei separaten Tondatendateien zu verwenden. If Mithörvorrichtungen used remotely and sound recordings are stamped with the time, it is of course possible to use the method according to the present invention having two separate sound data files.
  • [0048] [0048]
    Normalerweise werden Leckagesignale mit einer 16-Bit-Auflösung und mit der niedrigst möglichen Abtastrate der Soundkarte (zB 11.025 Hz) aufgenommen. Usually leakage signals are recorded (11,025 Hz for example) with a 16-bit resolution and at the lowest possible sampling rate of the sound card. In den meisten Fällen ist es ausreichend, die Leckagesignale für ein Zeitintervall von 30 bis 60 Sekunden aufzuzeichnen. In most cases it is sufficient to record leak signals for a time interval of 30 to 60 seconds. Die Wahl des Zeitintervalls und der Abtastrate ist für den Fachmann auf diesem Gebiet einfach. The choice of the time interval and the sampling rate is easy for the person skilled in the art. Wahlweise kann dies durch die Software automatisiert sein. Optionally, this may be automated by software.
  • [0049] [0049]
    Im Aufnahmemodus wird die Lautstärkensteuerung vorzugsweise so eingestellt, um so weit wie möglich den Spannungsbereich der Soundkarte zu nutzen, ohne sie zu überlasten, um ein hohes Signal-zu-Geräusch-Verhältnis zu erzielen. In Capture mode, the volume control is preferably set to use as much as possible the voltage range of the sound card, without overloading them to achieve a high signal-to-noise ratio. Dies kann natürlich auch automatisiert sein. This can of course also be automated. Die Lautstärkenregelung des Aufnahmemodus kann durch die Software einfach auf ein geeignetes Niveau eingestellt werden, wobei das Niveau der Leckagesignale durch Nutzen beispielsweise einer Vorausschaufunktion überprüft werden. The volume control of the receiving mode can be set by the software simply to an appropriate level, with the level of leakage signals are checked by benefits such as a look-ahead function. Die Vorausschaufunktion speichert und gibt die Leckagesignale, ohne diese auf einer Diskette abzuspeichern, wieder. The look-ahead function stores and outputs the leakage signals without store them on a floppy disk again. Wenn das Aufnahmelautstär kenregelungsniveau ausgewählt ist, werden die Signale auf einer Diskette durch Nutzen der Aufnahmefunktion aufgenommen und gespeichert. If the Aufnahmelautstär kenregelungsniveau is selected, the signals are recorded and stored on a floppy disk by utilizing the recording function. Die vollständige Zeithistorie der gespeicherten Signale kann wahlweise durch Verwenden der LeakFinder TM -Ausgabefunktion abgespeichert, ausgegeben und/oder ausgedruckt werden. The complete time history of the stored signals can either be saved by using the LeakFinder TM -Ausgabefunktion issued and / or printed.
  • Signalaufbereitungsmodul Signal Conditioning Module
  • [0050] [0050]
    Bei LeakFinder TM kann der Frequenzbereich der aufgenommenen Leckagesignale wahlweise begrenzt werden, um die Störgeräuschkomponenten durch Anwenden von digitalen Niedrig- und Hochpassfiltern bei benutzerdefinierten Grenzfrequenzen zu unterdrücken. In LeakFinder TM, the frequency range of the recorded leak signals can either be limited in order to suppress the noise components by applying digital low- and high-pass filters with custom cut-off frequencies. Gemäß dieser Erfindung kann eine Nachfilterung gewählt werden, wenn die Querkorrelation zur Ermittlung einer Leckage anstatt einer Vorfilterung der Leckagesignale genutzt wird. According to this invention, post filtering can be selected when the cross-correlation is used to determine a leak instead of pre-filtering of leak signals. Der Effekt solch einer Nachfilterung wird in den The effect of such a post-filtering is in the 5a 5a - 5c 5c verglichen, die die Ergebnisse, die mit nicht gefilterten und vorgefilterten und nachgefilterten Signalen jeweils erzielt wurden, darstellen. compared, which are the results obtained with unfiltered and pre-filtered and post-filtered signals, respectively. Die Filter entsprechen dem rekursiven Butterworth-Filtertyp der vierten Ordnung. The filter corresponds to the recursive Butterworth filter type of the fourth order. Das Quadrat des absoluten Werts der Übertragungsfunktion weist die folgenden Formen für Niedrig- und Hochpassfilter dieses Typs auf. The square of the absolute value of the transfer function has the following forms for low and highpass filters of this type. |H(f)| 2 = 1/(1 + (tanπfΔt/tanπBΔt) 2M ) | H (f) | 2 = 1 / (1 + (tanπfΔt / tanπBΔt) 2M) und and |H(f)| 2 = 1/(1 + (cotπfΔt/tanπBΔt) 2M ), | H (f) | 2 = 1 / (1 + (cotπfΔt / tanπBΔt) 2M), wobei f die Frequenz ist, B die Filtergrenzfrequenz (oder 3 dB-Punkt) ist, Δt das Abtastintervall und M die Anzahl der Pole oder die Größenordnung des Filters darstellt (die bei der vorliegenden Ausführungsform von LeakFinder TM 4 beträgt). wherein f is the frequency, B is filter cutoff frequency (or 3 dB point), the sampling interval .DELTA.t and M represents the number of poles or order of the filter (which is in the present embodiment of LeakFinder TM 4). Das Filtern der Leckagesignale wird in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung der Leckagesignale ausgeführt, um Zeitverzögerungen, die durch das Ansprechverhalten der Filter hervorgerufen werden, zu eliminieren. The filtering of the leak signals is performed in the forward and backward directions of leak signals to eliminate time delays caused by the response of the filter. Wenn das Impulsansprechverhalten verwendet wird, braucht natürlich kein Filterverfahren ausgeführt zu werden. If the impulse is used, of course, no filtering process needs to be performed.
  • [0051] [0051]
    Das einzigartige Merkmal von LeakFinder TM ist, dass die Geschwindigkeit, mit der die Leckagesignale wiedergegeben werden können, abgeändert werden kann. The unique feature of LeakFinder TM is that the speed at which the leakage signals can be played back, can be modified. Beispielsweise wird die Geschwindigkeit durch einfaches Übersteuern der Abtastfrequenz, bei der die Leckagesignale mit einer höheren oder niedrigeren Abtastfrequenz digital aufgenommen wurden, willkürlich erhöht oder verringert. For example, the speed is increased or decreased arbitrarily by simply overriding the sampling frequency at which leak signals were digitally recorded with a higher or lower sampling frequency. Dies ist sehr vorteilhaft, wenn die Leckagesignale, die innerhalb Plastikrohre oder anderen nicht aus Metall hergestellten Rohren, die nur sehr niedrige Frequenzkomponenten, zB im Infraschallbereich, aufweisen, ermittelt wurden, wiedergegeben werden, und daher von einem nicht unterstützten menschlichen Ohr nicht hörbar sind. This is very advantageous if the leakage signals having inside plastic tubes or other not made of metal tubes that only very low frequency components, eg in the infrasonic range, were determined to be reproduced, and therefore of an unsupported human ear can not hear. Das Beschleunigen der Wiedergabe von Niedrigfrequenzsignalen verlagert deren Frequenzinhalt auf einen höheren Bereich, bei dem die Sensibilität des menschlichen Gehörs ausreicht, das Leckagegeräusch zu erkennen. Accelerating the playback of low-frequency signals shifts their frequency content to a higher range at which the sensitivity of human hearing is sufficient to detect the leak sound. Das vorliegende System löst daher die Probleme gemäß dem Stand der Technik, durch die Leckagen an Plastikrohren durch Verwenden von Mithörvorrichtungen nicht vorhergesagt werden konnten, da sie herkömmlicherweise nicht hörbar sind. Therefore, this system solves the problems of the prior art, could not be predicted by the leaks in plastic pipes by using Mithörvorrichtungen, as they are not commonly heard.
  • Spektralanalysemodul Spectral analysis
  • [0052] [0052]
    LeakFinder TM führt die Spektralanalyse an gefilterten oder nicht gefilterten Leckagegeräuschsignalen aus und erzeugt folgende Spektralschätzwerte: (i) Auto-Spektren der Signale, (ii) Kohärenzfunktion, (iii) Querkorrelationsfunktion und (iv) verbesserte Impulsansprechverhaltensfunktion. LeakFinder TM performs the spectral analysis on filtered or unfiltered leak sound signals and produces the following Spektralschätzwerte: (i) auto-spectra of the signals, (ii) coherence function, (iii) cross-correlation function, and (iv) enhanced impulse response function. Die Auto-Spektren stellen Informationen über den Frequenzinhalt der Leckagesignale bereit. The auto-spectra provide information about the frequency content of leak signals. Die Kohärenzfunktion stellt ein Maß der Beziehung zwischen den aufgenommenen Leckagesignalen bereit – dh ob sie durch die gleiche Quelle erzeugt wurden oder nicht. The coherence function provides a measure of the relationship between recorded leak signals provided - that is, whether they are generated by the same source or not. Je näher die Kohärenzfunktion an 1 ist, desto mehr sind die Signale miteinander verwandt. The closer the coherence function to 1, the more the signals related to each other. Die Querkorrelations- und die Impulsansprechverhaltensfunktion stellen Informationen über eine Zeitverzögerung zwischen den Leckagesignalen bereit, die wiederum zur Berechnung einer Leckageposition verwendet werden. The Querkorrelations- and the impulse response provide information on a time delay between the leakage signals ready, in turn, are used to calculate a leak position. Die Impulsansprechverhaltensfunktion eliminiert, ungleich der Querkorrelationsfunktion, die Notwendigkeit des Filterns der Leckagesignale, um störende Niedrigfrequenzrohrresonanzen zu entfernen. The impulse response is eliminated, unlike the cross-correlation function, the need for filtering of leak signals to remove interfering low-frequency pipe resonance. Sie verhindert die Ungenauigkeit, die beim Auswählen der Filtergrenzwertfrequenzen auftreten. It prevents the inaccuracy that may occur when selecting the filter limit frequencies. Ein Benutzer muss nur eine Frequenz vorgeben, die oberhalb der die Amplitude der Auto-Spektren der Leckagesignale oder der Übertragungsfunktion zwischen ihnen insignifikant ist. A user must specify only one frequency, the amplitude of the auto-spectra of leak signals or the transfer function between them is insignificant above. Diese Aufgabe kann natürlich wahlweise, basierend auf dem Werkstofftyp oder anderen ermittelbaren Qualitäten des Geräuschsignals, automatisiert werden. This task can of course optional, will be based on the type of material or other detectable qualities of the noise signal, automatically.
  • [0053] [0053]
    Bei dem Spektralanalysemodul wird eine Position der Leckagequelle durch Nutzen der Zeitverschiebung, die dem Maximum einer verbesserten Impulsansprechverhaltensfunktion oder der nachgefilterten Querkorrelationsfunktion entspricht, berechnet. In the spectral analysis module, a position of the leak source is calculated by utilizing the time shift corresponding to the maximum of an enhanced impulse response function or post-filtered cross-correlation function of the.
  • [0054] [0054]
    Die Funktionen werden in dem Frequenzbereich, wie beim Hintergrund der Erfindung beschrieben, berechnet. The functions in the frequency domain, as described in the background of the invention is calculated. Obwohl die Impulsansprechvethaltensfunktion eine verbesserte Auflösung für Signale, die eine Leistungskonzentration in einem oder mehreren Frequenzbändern aufweisen, bereitstellen kann, muss sich das Spektrum der Signale über einen breiten Bereich erstrecken. Although the Impulsansprechvethaltensfunktion can provide improved resolution for signals having power concentration in one or more frequency bands, the spectrum of the signals must extend over a wide range. Für „wahre" Schmalbandsignale, bei denen die Daten außerhalb des Hauptfrequenzbands extrem klein und/oder durch Geräusche dominiert sind, was der Fall bei Plastikrohren ist, stellt das Impulsansprechverhaltensverfahren keine verbesserte Leistung über die Querkorrelationsfunktion bereit. Gemäß dieser Erfindung ist die Leistung der Impulsansprechverhaltensfunktion für Niedrigfrequenz-, wahre Schmalbandleckagesignale durch Verändern des oberen Integrationsgrenzwerts der inversen Fourier-Transformation, die zur Berechnung der Impulsansprechverhaltensfunktion verwendet wird, verbessert. Der obere Integrationsgrenzwert wird normalerweise als Nyquist-Frequenz genommen, jedoch bei der vorliegenden Erfindung ist sie durch die Frequenz, außerhalb der die Leistung der Leckagesignale oder der Wert der Transferfunktion zwischen diesen klein ist, ersetzt. Beispielsweise für 6'' und 8'' Plastikrohre und für den herkömmlicherweise verwendeten Sensor-zu-Sensorabstand von 300 bis 500 Fuß kann der obere Integrationsgrenzwert zwischen 25 bis 50 Hz betragen. For "real" narrow band signals in which the data are dominated extremely small and / or outside the main frequency band by noise, which is the case when plastic pipes, provides the Impulsansprechverhaltensverfahren no improved performance over the cross-correlation function ready. According to this invention, the power of the impulse response is The upper integration limit is normally taken as the Nyquist frequency low frequency, real narrowband leakage signals by changing the upper integration limit of the inverse Fourier transform, which is used for calculating the impulse response is improved. However, in the present invention it is by the frequency outside the the performance of leak signals or the value of the transfer function between these is small, replaced. For example, for 6 'and 8' 'plastic tubes and for the sensor-to-sensor distance of 300 to 500 feet conventionally used, the upper integration limit between 25 to 50 Hz respectively. Die Auto-Spektren der Leckagesignale ( The auto-spectra of leak signals ( 6a 6a , . 6b 6b ), Transferfunktion ( ), The transfer function ( 6c 6c ), die Kohärenzfunktion ( ), The coherence function ( 6d 6d ) und die Impulsansprechverhaltensfunktionen ( ) And the Impulsansprechverhaltensfunktionen ( 6e 6e , . 6f 6f ), die mit dem oberen Integrationsgrenzwert, der auf die Nyquist-Frequenz und 20 Hz festgelegt ist, sind jeweils in ), Which are connected to the upper integration limit value which is set to the Nyquist frequency and 20 Hz respectively in 6a 6a –f für eine simulierte Serviceverbindungsleckage in einem 8'' Plastik-PVC-Rohr dargestellt. -f for a simulated service connection leak in an 8 '' plastic PVC pipe shown.
  • [0055] [0055]
    Die Impulsansprechverhaltensfunktion stellt möglicherweise keine verbesserte Leis tung bei der Querkorrelationsfunktion bereit, wenn Leckagesignale über eine Distanz, die in Plastikrohren und anderen nicht aus Metall hergestellten Rohrtypen auftreten, stark abgedämpft oder angeregt werden. The impulse response may not provide improved Leis device ready when leak signals are greatly attenuated or excited over a distance that occur in plastic pipes and other types of pipe not made of metal at the cross-correlation function. In solchen Situationen werden die gemessenen Leckagesignale signifikant unterschiedliche Leistungsniveaus aufweisen und wenn das Signal mit höherem Niveau als Bezugssignal in der Impulsansprechverhaltensberechnung verwendet wird, wird daher der Whitening-Effekt dieses Verfahrens nicht erreicht und die Transferfunktion wird durch die sehr schmalen Bandspitzen, zB Resonanzansprechverhalten des Rohrs dominiert. In such situations, measured leak signals will have significantly different power levels and when the signal having a higher level is used as reference signal in the Impulsansprechverhaltensberechnung, therefore, the whitening effect of this method is not achieved and the transfer function is defined by the very narrow band peaks, eg Resonanzansprechverhalten of the tube dominates. Gemäß dieser Erfindung wird, um diesen Nachteil zu vermeiden, immer das Signal mit niedrigem Niveau als Bezugssignal verwendet. According to this invention, in order to avoid this drawback, always uses the low level signal as a reference signal. Die Wirkung des Bezugskanals auf die Impulsansprechverhaltensfunktion ist in den The effect of the reference channel on the impulse response is in the 7a 7a –f für eine Verbindungsleckage in einem 6'' Plastik-PVC-Rohr dargestellt, wobei die -f for a connection leak in a 6 '' plastic PVC pipe shown, in which the 7a 7a , . 7b 7b jeweils die rechte und linke Kanal-Auto-Spektren darstellen; each representing the right and left channel auto-spectra; 7c 7c , . 7d 7d jeweils die Transferfunktion mit den Signalen 1 und 2 als Bezug darstellen; each of the transfer function with the signals 1 and 2 represent as a reference; und die and the 7e 7e , . 7f 7f jeweils die Impulsansprechverhaltensfunktionen mit dem Signal mit niedrigem Niveaus als Bezugspunkt und mit dem Signal mit hohem Niveau als Bezugspunkt darstellen. each of the Impulsansprechverhaltensfunktionen with the signal of low level as a reference point and with the high level signal represented as a point of reference.
  • Verarbeitungs- und Analyseparameter Processing and analysis parameters
  • [0056] [0056]
    Wahlweise werden benutzerspezifische Parameter und Optionen für das digitale Filtern und die Spektralanalyse von Leckagesignalen vorgesehen, folgendes umfassend: AN/AUS-Schalter für die Filter, Grenzfrequenz von Niedrigpass- und Hochpassfiltern, Anzahl an Punkten in der Schnellen Fourier-Transformation (FFT), Anzahl an Null-Punkten, Ausbreitungsgeschwindigkeit von Leckagesignalen in Wasserrohren, Sensor-zu-Sensor-Abstand und schließlich die modifizierte Abtastfrequenz von Leckagesignalen. Optional user-specific parameters and options for the digital filters and the spectral analysis of leak signals are provided, comprising: ON / OFF switch for the filter cut-off frequency of Niedrigpass- and high-pass filters, the number of points in the Fast Fourier Transform (FFT), number of zero-points, propagation velocity of leak signals in the water pipe, sensor-to-sensor spacing, and finally modified sampling frequency of leak signals. Typische Werte für die FFT-Größe und Anzahl an Null-Punkten sind jeweils 1024 und 512 Punkte, die jeweils einem rechteckigen Beaufschlagungsfenster mit einer 50% Überlappung entsprechen. Typical values for FFT size and number of zero-points are 1024 and 512 points, respectively corresponding to a rectangular Beaufschlagungsfenster with a 50% overlap.
  • [0057] [0057]
    Der Sensor-zu-Sensor-Abstand kann von Systemkarten abgelesen werden, sollte aber vorzugsweise an Ort und Stelle ermittelt werden. The sensor-to-sensor spacing can be read from system maps but preferably should be determined on the spot. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit hängt von dem Typ, dem Werkstoff und der Größe des Rohrs ab. The propagation speed depends on the type, the material and the size of the pipe. Typische Geschwindigkeiten wurden nicht in die Software einprogrammiert, sondern geeignete Werte können oft in Tabellen, die von einem Fachmann auf diesem Gebiet verwendet werden, für verschiedene Typen und Größen an Wasserrohren gefunden werden. Typical speeds were not programmed into the software, but can often appropriate values in tables that are used by a person skilled in the art can be found for different types and sizes of water pipes. Alternativ können sie anhand der oben beschriebenen Formel berechnet werden. Alternatively, they can be calculated using the formula described above.
  • [0058] [0058]
    Geeignete Grenzfrequenzen von Niedrig- und Hochpassfiltern sind abhängig vom Rohrtyp und Sensor-zu-Sensor-Abstand anzuwenden, wenn eine Querkorrelationsfunktion zur Lokalisierung einer Leckage verwendet wird, und es sind daher hier keine festgelegten Regeln spezifiziert. Suitable cut-off frequencies of low and high pass filters depend on the type of pipe and use sensor-to-sensor distance when a cross-correlation function is used to locate a leak, and it is therefore specified no set rules here. Dh normale Versuche werden zu geeigneten Werten führen. Ie normal experiments will lead to appropriate values. Normalerweise werden die Grenzfrequenzen derart ausgewählt, dass sie dem Frequenzbereich entsprechen, in dem die Amplitude der Auto-Spektren der Leckagesignalen signifikant und die Kohärenzfunktion hoch ist. Normally, the cut-off frequencies are selected such that they correspond to the frequency range in which the amplitude of the auto-spectra of leak signals significant and the coherence function is high. Dies ist jedoch nicht immer offensichtlich, insbesondere bei Plastikrohren, für die die Amplitude von Leckagesignalen sehr klein und ihr Frequenzinhalt schmal ist und in dem Niedrigfrequenzbereich auftritt, der der Rohrresonanz nah ist. However, this is not always obvious, especially in plastic pipes for which the amplitude of leak signals very small and their frequency content is narrow and occurs in the low frequency region of the resonance tube close. Empfohlene Hoch- und Niedrigpassgrenzfrequenzen für typische Plastikwasserverteilungsrohre, zB 6'' oder 8'' PVC-Rohre, betragen 10 bzw. 100 Hz. Der Hochpassgrenzwert muss möglicherwei se in kleinen Schritten, zB 1 oder 2 Hz angehoben oder verringert werden, bis eine eindeutige Spitze auftritt. Recommended high- and low-pass cutoff frequencies for typical plastic water distribution pipes, for example, 6 'or 8' 'PVC pipes are 10 and 100 Hz. The high-pass limit must möglicherwei se in small increments, eg 1 or 2 Hz can be raised or lowered until a clear spike occurs. Die Option der Nachfilterung der Querkorrelationsfunktion, die von dieser Erfindung umfasst ist, ist in diesem Fall wesentlich effektiver als die Vorfilterung von Leckagesignalen und die wiederholte Berechnung der Querkorrelationsfunktion. The post-filtering the cross-correlation function option that is encompassed by this invention is much more efficient than pre-filtering of leak signals and the repeated calculation of the cross correlation function in this case. Für Metallrohre enthalten Leckagesignale viel höhere Frequenzkomponenten als Plastikrohre und folglich wird vorzugsweise ein Hochfrequenzbereich, zB 200 bis 800 Hz, zur Bestimmung des Abstands der Leckage verwendet. For metal pipes, leak signals contain much higher frequency components than plastic pipes and consequently a high frequency range is preferably, for example, 200 to 800 Hz, is used for determining the distance of the leakage.
  • [0059] [0059]
    Leckagesignale in Wasserverteilungsrohren enthalten selten Frequenzkomponenten oberhalb von 1000 Hz bei Metallrohren und oberhalb von 200 Hz bei Plastikrohren. Leak signals in water distribution pipes often contain frequency components above 1000 Hz with metal pipes and above 200 Hz with plastic pipes. Um die digitale Filterung und Spektralanalyse der Leckagesignale zu beschleunigen, wird die Abtastfrequenz der aufgenommenen Signale wahlweise auf ausgewählte Frequenzen, zB 500, 1000, 2000 und 5000 Hz, natürlich abhängig von ihrem Frequenzinhalt und der benötigten Auflösung, zur Ermittlung der vermutlichen Leckagen begrenzt. In order to speed up digital filtering and spectral analysis of the leak signals, the sampling frequency of the received signals selectively to selected frequencies, such as 500, 1000, 2000 and 5000 Hz depending of course on their frequency content and the required resolution, is limited in order to determine the probable leaks.
  • Ausgabe der Analyse Output of the analysis
  • [0060] [0060]
    Die Ergebnisse der Spektralanalyse werden dann als graphische Darstellungen bereitgestellt und umfassen eine Zeitverschiebung, die einem Maximum der Impulsansprechverhaltensfunktion entspricht, die berechnete Leckageposition von dem Messpunkt eines der Signale und Signalaufarbeitungs- und Analyseparameter. The results of spectral analysis are then provided as graphical representations, and include a time shift corresponding to a maximum of the impulse response function, the calculated leak position from the measurement point of one of the signals and Signalaufarbeitungs- and analysis parameters. Die Ergebnisse werden wahlweise an einen Drucker übermittelt oder an ein elektronisches Arbeitsblatt exportiert. The results are either sent to a printer or exported to an electronic worksheet. Eine Funktion, die eine Leckageposition entsprechend einer beliebigen Zeitverschiebung einer beliebigen Spitze oder beliebigen Punktes in der Im pulsansprechverhaltensfunktion oder in der Querkorrelationsfunktion berechnet, die zur Messung der Leckagesignalausbreitungsgeschwindigkeit von Spitzen, die von kohärenten Quellen stammen, die außerhalb des untersuchten Feldes angeordnet sind, sehr nützlich sind, bereitgestellt wird. A function that leakage position corresponding to an arbitrary time shift of any point or any point in the calculated In pulsansprechverhaltensfunktion or in the cross-correlation function, which is very useful for measuring the leakage signal propagation speed of peaks stemming from coherent sources which are located outside the field of research, are provided.
  • Verifikation der Ergebnisse Verification of the results
  • [0061] [0061]
    LeakFinder TM wurde intensiv verwendet und getestet. LeakFinder TM has been extensively used and tested. Die Ergebnisse wurden mit bekannten Ergebnissen verglichen. The results were compared to known results. Die Ergebnisse, die mit LeakFinder TM erzielt wurden, wurden mit denen verglichen, die mit einem PC basierten Datenerfassungsystem, das aus einem analog zu digital Umwandlungs-Board, einem Leistungsverstärkungs-Board, Anti-Aliasing-Filtern und Spektralanalysesoftware (TurboLab TM Version 4.3) besteht, erzielt wurden. The results that were obtained with LeakFinder TM were compared with those based on a PC data acquisition system, which consists of an analog-to-digital conversion board, a power amplification board, anti-aliasing filters and Spektralanalysesoftware (TurboLab TM Version 4.3) there were achieved. Die Ergebnisse stimmten in exzellenter Weise überein. The results were consistent in an excellent manner. Beispielsergebnisse für Leckagesignale in Plastik- und Metallrohren, die mit beiden Systemen analysiert wurden, sind in zusammengehörenden Paaren in den Example results for leak signals in plastic and metal pipes, analyzed with both systems, are belonging together in pairs in the 8a 8a und and 8b 8b , . 8c 8c und and 8d 8d , und And 8e 8e und and 8f 8f dargestellt. shown.
  • [0062] [0062]
    9 9 zeigt die voreingestellte graphische Hauptbenutzeroberfläche, die derzeit bei LeakFinder TM verwendet wird. shows the default graphical main user interface that is currently used in LeakFinder TM. 10 10 und and 11 11 zeigen beispielshaft graphische Bildschirmausgaben der Spektralanalyseergebnisse und die Zeithistorie der aufgenommenen Leckagesignale, die gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt wurden. show examples of graphical screen output of Spektralanalyseergebnisse and the time history of recorded leak signals that have been determined in accordance with the present invention.
Classifications
International ClassificationG01M3/24
Cooperative ClassificationG01M3/243
European ClassificationG01M3/24B