供水管道泄漏定位检测系统设计

【54】?第37卷?第7期?

2015-07(下)

收稿日期：2015-03-19

基金项目：国家自然科学基金：供水管道泄漏信号机理及弱信号检测与处理方法研究（61362023）

作者简介：李忠虎（1969 -），男，内蒙古凉城人，教授，硕士，研究方向为传感器技术、过程参数检测与控制、智能 仪器及应用。 供水管道泄漏定位检测系统设计

Design on the location detection system of water supply pipeline leakage

李忠虎，郑欣欣

LI Zhong-hu, ZHENG Xin-xin

（内蒙古科技大学 信息工程学院，包头 014010）

摘 要：针对供水管道泄漏时的信号比较微弱且混有大量噪声问题，研究设计一款可操作性强的管道泄

漏定位检测系统。系统以STM32单片机为核心，主要包括放大模块、滤波模块、数据采集及传输模块的设计，并利用LabVIEW虚拟仪器中相关分析模块设计泄漏检测定位软件系统。实验结果表明：该系统泄漏定位准确度高、实时性强，能够满足实际工程需要。

关键词：供水管道；STM32；LabVIEW；泄漏定位中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2015)07(下)-0054-03Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2015.07(下).17

0 引言

供水管道常年埋于地下受水压变化及天气环境变化影响大，管道易被腐蚀而发生泄漏。这种现象不仅浪费我国宝贵的淡水资源，还会对地上的建筑物及公共设施带来严重的破坏，因此及时发现供水管道泄漏点位置并进行处理有重要的现实意义[1]

。针对以上问题，本文设计供水管道泄漏定位检测系统，主要包括信号调理单元、数据采集与存储单元，将所采集到的数据在虚拟仪器上进行相关定位分析，通过实验验证，该系统可以实现对泄漏点较准确定位。

1 供水管道泄漏信号系统原理

当供水管道发生漏水时，漏出管道的水会与漏口发生摩擦，周围介质也会随着水流产生摩擦声，这些碰撞或摩擦都会产生不同频率的振动，从而产生漏水声[2]。相关定位检漏就是使用两个传感器在管道两端采集漏水声音信号，而后对采集到的两路信号进行相关运算来确定漏点，相关检测方法如图1所示。

图1 相关检测方法原理图

L 是被测管道的长度，A 、B 为管道的两个端点，C 为漏水点。L 1、L 2分别为漏点距两端的距离（假设

L 1>L 2），假设管道在C 点发生泄漏， 当相关函数值达到最大值，即可求出两传感器泄漏信号的时间差0τ。此时可以用式(1)确定泄漏点C 的位置[3]。

2

2

0201V L L V

L L ×+=

×?=

ττ

(1)

式中L 为管道总长，L 1、L 2分别为漏点距两端的距离，0τ为两传感器泄漏信号的时间差，V 为管道中声音的传播速度。

2 泄漏定位检测系统方案设计

针对供水管道泄漏信号的特点，在平衡成本和功能的前提下，开发的供水管道泄漏定位系统主要包括传感器、信号调理电路、数据采集及存储模块、LabVIEW 上位机定位模块等。泄漏定位一路检测系统的框图如图2所示。

图2 泄漏定位检测系统框图

2.1 SR10传感器

在供水管道泄漏信号检测中，谐振式高灵敏度传感器是使用最多的一种。本文选用声华公司的SR10谐振式传感器，测量温度范围是-20℃～120℃，通过经验了解管道泄漏产生的振动信号的频率段为20H z ～2k H z ，S R 10谐振式传感器频率范围为1Hz ～15kHz ，完全满足本文测量要求。