声波定位技术在燃气PE 管道探测中的应用

1 声波定位技术概述

声波定位系统硬件架构包含信号发生模块与信号采集模块两个关键单元，采用专业检测设备实现精确定位功能。信号发生模块由激励装置和气体振动器组成，信号采集模块则整合了接收主机、检测探头及移动数据处理终端等设备。作业人员在聚乙烯燃气管道上找到压力控制阀，并将其与气体振动器进行连接，当气体振动器启动后，通过精密调节将特定声频信号注入燃气管道内部，管中气流形成规律性脉动，进而产生特定频段的声波信号，其沿着管壁双向传导，并同时向地表传导。信号采集模块在检测到最大振幅（信号极值）时，即可判定该处为聚乙烯燃气管道的垂直投影位置。

2 PE 燃气管线探测技术

2.1 示踪线探测法

在聚乙烯燃气管道铺设过程中，将专用示踪导线与管道同步埋入地下沟槽，后期通过示踪导线输入特定频率的交流电信号，利用地面接收装置捕捉导线产生的电磁场，地下管线中的电流转换为电压信号输出，经电缆放大后传送至地表检测设备，从而精确定位管道走向和埋深。示踪线探测法操作简便，但若采用人工固定方式检测电流强度，加上管线与地表间的立体空间关系错综复杂，容易出现测量误差和漏检现象。特别是在非开挖顶管作业时，示踪导线常因机械外力作用发生断裂或截面变形，最终导致信号无法被有效探测。

2.2 探地雷达技术

探地雷达技术无需实施地表开挖作业，能有效规避地面结构及管道的潜在破坏风险，能区分并行管道，显著降低传统探测方法中常见的识别误差。基于这些优势，探地雷达已成为地下 PE 燃气管道检测与识别的首选技术方案。探地雷达技术适用于平坦道路区域的探测工作，当遇到特殊地质构造（包括盐碱地、页岩层及黏土层）、不规则地形（如绿化带、丘陵地带）以及小口径管道时，其探测性能可能出现不同程度的下降。

2.3 电子标示定位法

电子标识法通过在管道上安装电子标识，利用信号识别技术实现管道定位。其工作原理是安装在管道上的电子标识可发出特定频率的无线电波信号，当检测器接近电子标识时，可接收到储存在电子标识内的管道位置与深度信息。该方法具有识别速度快、准确性高等特点，但需要预先在管道上安装电子标识。电子标识易被土壤腐蚀破坏，信号传输深度也有所欠缺。 电子标识法的改进可从电子标识防腐外壳材料和标识定位算法两方面进行优化。

2.4 声波定位技术

声波定位系统依托气体动力学原理，在聚乙烯燃气管道特定位置激发预设频段的振动信号，通过管道附属设施（如泄压装置或调压单元）向管腔内部发射声学探测波，促使管内介质产生规律性振动。这些振动能量呈现两种传播路径：部分沿管壁轴向传导至远端，其余则通过周边介质（如建筑结构、地质层）向地表扩散。研究方案计划运用高灵敏度声学采集设备捕获地表振动数据，结合信号处理算法进行特征提取。通过解析声压梯度分布特征，可精确界定管道的空间影响区域，实现管网空间坐标的精准测定。声波定位技术在地震勘测实践中的运用展现出多项独特优点：能够精准识别特定频段的声学信号特征，并克服了常规管线检测手段的不足，大幅提高了聚乙烯燃气管道的识别准确度与定位精确性，使其成为该领域广泛采用的可靠检测方案。

2.5 点振动法

点振动法通过在地面施加局部振动，利用声学传感器接收振动产生的声波信号来探测管道位置。使用时，沿地面的几个点施加垂直谐波激励，并在每个点测量振动。当振动频率较低时，表面表现为单一自由度的简单质量－弹簧系统，其共振频率取决于当地土壤的密度和弹性特性。由于埋地管道的性质与周围土壤的性质不同，其振动频率会发生变化，可据此判定埋地管道的存在。该方法具有操作简单、成本较低等优点，但可能受到周围环境的干扰，且要求管道埋深较浅。点振动法的主要改进方向为通过增加探测深度和优化算法来提高定位精度。

3 声波定位技术的应用

3.1 项目概况

本项目专注于对某燃气企业城镇聚乙烯（PE）输气管网实施全面检测评估，管径介于 De110 至 De315 范围，主要布设于城区道路绿化带、人行步道及砖铺装区域。

3.2 管线探测

为确保探测数据的可靠性，前期参照原始施工图纸与竣工验收资料，安排专业勘测团队开展实地调查工作，待管道检测作业时，将管线系统与各类外接部件（包括阀井排气装置、调压设施排污口、法兰连接处及用户端立管阀门等）建立可靠连接。采用声波定位技术时，依据外接部件位置判定管线延伸方向，由已知坐标点出发，依次向待测区域延伸探测，将截面信号峰值点作为管线标记点，确定后续位置坐标。当方向判定存在困难时，以信号发射点为圆心，设置3-5 米半径的环形探测区域进行全方位扫描。

声波定位技术可快速锁定管线基本走向，借助移动终端的精确定位模块将其标注为初始基准点，遵循 " 粗测先行、精确定位 " 的操作规范，遇管线局部弯曲时，应适当缩小弯折区域的测点间距，以确保探测数据的可靠性，连接各点定位，推导出管道的总体延伸趋势。

3.3 弯曲度测定

当沿原定路线继续探测过程中出现信号衰减或中断现象时，作业人员立即返回至信号峰值位置，并以此位置为中心点，采用半径 1 米的圆周扫描方式进行全方位探测。通过反复调整探测角度，定位到信号强度次高点，与中心点的连线暂定为管道可能走向。若沿此方向能持续获取较强信号点，则通过新旧走向的交点可精确定位管道转折位置。若在初始强信号点周边探测未发现有效信号，则可推断此处可能是管道终点或埋设深度超出设备检测极限。

3.4 分支管道识别技术

在探测管道三通时，信号衰减程度出现差异，分支管径的差异以及数量较多时，信号强度会快速减弱且传播距离受限。当发现可能存在三通的位置时，即主管道遇三通时信号强度会显著降低，探测过程中运用间接的几何交叉定位技术，在分支管道上选取两个信号较强的位置点进行连线，并将该连线延伸至主管道，从而准确判定三通的具体位置。

结论

本文系统地梳理了现阶段聚乙烯燃气管道探测定位的主要技术手段，针对PE 燃气管道实际探测过程中面临的技术瓶颈展开深入探讨，详细剖析了制约检测精度的关键要素。基于声波探测技术，研究人员对城镇燃气输配管网实施了现场检测试验，针对各类工况环境下的实测数据进行多维度解析与系统归纳。实验结果表明，声学检测技术在提升数据可信度与作业效能方面表现突出，尤其在中低压城镇燃气管网检测领域展现出独特优势。该技术凭借其简便的操作流程、出色的检测效率、可靠的测量精度以及经济实惠的成本投入，相较传统PE 管道检测方式具有明显的技术先进性，未来发展潜力巨大。

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