一、背景闡述
長距離自然水輸水管道安全隱患的歸因，一方面在于管道起伏、泵站啟閉、閥門開關(guān)等造成的水錘問題，另一方面在于施工質(zhì)量、土壤沉降、管道腐蝕、第三方開挖等原因造成的漏水和爆管。長距離自然水輸水管道的安全檢查主要依靠技術(shù)人員檢漏設(shè)備的被動巡檢方式，缺乏有效性和及時性，考慮采用主動監(jiān)測、定位、評估等在內(nèi)的技術(shù)方法及相應(yīng)的管理體制解決。
配置一套實時在線管道泄漏安全監(jiān)測系統(tǒng)，可在管道發(fā)生泄漏時，根據(jù)水流對管道壁的沖刷引起泄漏點發(fā)出振動和聲波來監(jiān)測滲漏和爆管預(yù)警，全天候監(jiān)視管道運行，確保安全。
本文介紹的自然水管道測漏用水聽器是管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的重要部件，它分兩種，一種是壓電式水聽器另一種是光纖水聽器，他們都可以每隔500m~1km左右布置一個，當兩聲波傳感器之間發(fā)生泄露引起聲波或振動時相鄰水聽器探測到該信號并對其進行識別與定位。
二、詳細介紹
2.1、壓電式水聽器
它是一種能把水下聲信號轉(zhuǎn)換為電信號的換能裝置，頭部敏感元件為壓電陶瓷，原理：采用PZT壓電陶瓷作為換能材料,陶瓷管兩并兩串排列形成竹節(jié)狀結(jié)構(gòu),以提高水聽器的靈敏度及抗干擾能力。壓電陶瓷管之間用絕緣墊圈粘接定位。陶瓷管在聲壓作用下形變,借助其壓電效應(yīng)，從而產(chǎn)生電信號輸出。該款水聽器往往跟高頻壓力傳感器一起使用配套RTU實現(xiàn)管道壓力、管道泄漏聲信號數(shù)據(jù)遠程傳輸?shù)皆破脚_，通過內(nèi)置的衛(wèi)星信號接收機（GPS和北斗雙模），能夠?qū)?shù)據(jù)采集的時間進行實時的校準，其精度能夠達到1pps，確保進行定位計算的準確度。
本終端內(nèi)安裝4G無線通訊模塊，并可以向下兼容2G/3G，能夠?qū)?shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)通過運營商的無線網(wǎng)絡(luò)、INTERNET發(fā)送到監(jiān)控中心進行分析。
技術(shù)參數(shù)
工作頻率范圍：20Hz～50kHz
低頻接收靈敏度：≥－172dB Vre: 1V/μPascal
工作電壓：DC5V~12V
使用材質(zhì)：橡膠+不銹鋼
水平指向性：±1.5dB（50kHz）
垂直指向性：±2.0dB（50kHz，240°范圍）
承受靜壓：8Mpa
連接電纜：三芯屏蔽電纜，芯線定義：紅（棕）線—12伏正；蘭線—公共地線；其它—信號輸出
防護等級：IP68，包括傳感器電纜連接處
工作溫度： -20 ℃～80 ℃
2.2 光纖水聽器
工作原理：利用水聲信號對光纖作用，引起光纖中傳播光的強度、偏振、相位等變化從而感知水聲信號的傳感器。采用光纖干涉儀原理，以光為信息載體、光纖為媒質(zhì)，探測水中聲信息。內(nèi)部含數(shù)米至數(shù)十米傳感光纖，外界聲信號引起光纖形變，改變光信號經(jīng)傳感光纖傳輸?shù)墓庀嘁疲⒔?jīng)干涉儀調(diào)制為光強度交變信號。
無論從技術(shù)優(yōu)勢、安全可靠性、報警準確率、定位精度，還是安裝的便捷等方面綜合比較，都具有優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在如下幾個方面：
1) 傳感端全光纖，無源本安，無需供電；
2) 系統(tǒng)適應(yīng)性強：可滿足不同介質(zhì)、不同長度的管線；
3) 無需全線占地補償；
4) 全光纖壽命長，可靠性高，免維護。
技術(shù)參數(shù)
光纖水聽器監(jiān)測主機技術(shù)參數(shù)
■光纖類型：B11 類單模通信光纖
■通道數(shù)：64 通道，單通道接8只水聽器
■聲采樣率：1212kHz，可擴展
■操作系統(tǒng)：Windows2000 以上中文版
■通信協(xié)議：提供標準接入?yún)f(xié)議，并按照相關(guān)規(guī)約傳輸給招標方要求的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫
■遠傳通信接口：TCP/IP 接口，100M 以太網(wǎng)口
■電源要求：220VAC（±10%），50-60Hz
■設(shè)備工作溫度：-5℃~+45℃
■設(shè)備工作濕度：0~85%（無凝露）
■傳輸光纜工作溫度：-40℃~+70℃
光纖水聽器技術(shù)參數(shù)
■工作頻率：5Hz~5kHz，可擴展
■聲壓靈敏度：≥-150dB
■動態(tài)范圍： 不小于 100dB
■測量范圍：1000m
三、自然水管道測漏用水聽器配套監(jiān)測軟件分析
軟件主要由服務(wù)器、智能分析軟件、預(yù)警算法等組成。可以監(jiān)測管道發(fā)生泄漏并判斷管道發(fā)生泄漏的情況和位置，及時預(yù)警。針對背景環(huán)境噪聲，綜合智能分析系統(tǒng)具備模式分析算法和深度學習算法，可自動進行識別、建庫和學習，提高報警準確率。智能分析軟件會對管道聲數(shù)據(jù)進行長期建庫，對泄漏信號位置、斷絲位置、爆管位置等的監(jiān)測可與管道GIS系統(tǒng)結(jié)合顯示監(jiān)測位置。
系統(tǒng)功能如下：
1) 監(jiān)測管道泄漏信號，確定管道泄漏位置，對爆管進行預(yù)警；
2) 模式識別功能：泄漏信號特征準確提取，建立數(shù)據(jù)樣本庫，能將環(huán)境干擾信號濾除；
3) 支持自主無人值守運行；
4) 豐富的報警及記錄功能：系統(tǒng)具有報警本地顯示、記錄、聯(lián)動以及遠程聯(lián)動、查詢功能。系統(tǒng)能提供實時的電子地圖定位、語音報警、數(shù)據(jù)存儲以及聲光、短信報警功能；
5) 故障報警功能：系統(tǒng)軟件具有故障報警功能。水聽器傳感器或傳輸光纜出現(xiàn)斷裂時，系統(tǒng)將實時提供反饋信息，上傳報警信號；
6) 系統(tǒng)具有“學習功能”，出現(xiàn)報警事件時，系統(tǒng)將采集信號與之前“學習”獲得的信號進行對比分析，做出判斷；