Page 156 - 《应用声学》2020年第3期

476 2020 年 5 月

由直线l 、l 、l 、l 得到x、y、z 的表达式为
′
′′
′
′′
z 1 2 1 2

x 1 tan θ 1 − x 2 tan θ 2 + y 2 − y 1
p 

l  ϕϕ  x = ,

 tan θ 1 − tan θ 2

O s  y 

l  ϕϕ 
p  (x 1 −x 2 ) tan θ 1 tan θ 2 +y 2 tan θ 1 −y 1 tan θ 2
y = ,
x l 2 ࣱ᭧C  tan θ 1 − tan θ 2
l  ϕ 

l 1 ϕ g 

l  
s   x 2 − x 1
s  z = .
tan φ 2 cos θ 2 − tan φ 1 cos θ 1
(7)
由式 (7) 即可得经投影后再聚焦的伪交点坐标 s(x,
图 4 投影法原理图
y, z)。
Fig. 4 Schematic diagram of projection method
由p 1 (x 1 , y 1 , 0)、p 2 (x 2 ,y 2 , 0)以及(θ 1 , φ 1 )、(θ 2 , 4 管道泄漏定位实验
φ 2 )得直线l 1 、l 2 ：
 4.1 实验平台
x − x 1 y − y 1 −z
 l 1 : = = ,

 x 1 / (tan φ 1 cos θ 1 )
x 1 x 1 tan θ 1 根据本文所提出的基于 TDOA 法的管道泄漏
x − x 2 y − y 2 −z
 l 2 : = = .
 交叉定位方法，如图 5 所示搭建定位实验平台。该

x 2 x 2 tan θ 2 x 2 / (tan φ 2 cos θ 2 )
实验平台包含以下部分：
(5)
(1) 气体压缩装置：包含空气压缩机、储气罐、
分别将直线 l 1 、l 2 投影到 xOz 面和 xOy 面得直
减压阀以及球阀若干，当储气罐充满并关闭空压
线l 、l 、l 、l ：
′
′′
′′
′
1
2
1
2
 −z 机时，气体压缩装置可向模拟测试管道提供最高
x − x 1
 l :
 ′ = , 1 MPa的持续稳定压力输出；
 1
 x 1 x 1 / (tan φ 1 cos θ 1 )


 −z (2) 泄漏管道：包含一根长度为6 m 的DN50镀
 x − x 2
 l :
 ′ = ,
 2
x 2 x 2 / (tan φ 2 cos θ 2 ) 锌钢管，预留圆形泄漏孔直径为1.5 mm；
(6)
 x − x 1 y − y 1 (3) 定位阵列：包含 4 个声波传感器和信号
 l :
 ′′ = ,
 1
 x 1 x 1 tan θ 1

 放大器、采集仪和配套分析软件以及传感器阵列

 x − x 2 y − y 2
 ′′
 l : = .
2 支架。
x 2 x 2 tan θ 2
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图 5 定位实验平台
Fig. 5 Experimental platform for determining leakage localization
使用上述实验平台进行定位实验，调节减压阀 10 s；4 个声波传感器按十字交叉排列，图 6 为传感
保持管道内压为 0.6 MPa，关闭空压机以避免其产 器阵列的实物图和示意图。由图 3 所示信号时域波
生干扰噪声；采集仪采样率为 3 MHz，采样时间为 形可知泄漏信号为持续稳定信号，保持管内压力、管