听漏传感器的耦合方式：地面、阀栓与直接接触差异

一、三种耦合方式：规程把它们分成了三节

听漏作业里换一种耦合方式，往往比换一台仪器带来的变化更大。CJJ 159-2011《城镇供水管网漏水探测技术规程》把听音法拆成三节来写，第 7.2 节是阀栓听音法，第 7.3 节是地面听音法，第 7.4 节是钻孔听音法，第 7.1.1 条要求根据探测条件在三者之中选择。

三节的差别不在仪器，而在传感器与被测对象之间隔着什么。第 7.2.3 条写阀栓听音法时，听音杆或传感器应直接接触地下管道或管道的附属设施。第 7.3.3 条写地面听音法时，听音杆或拾音器应紧密接触地面。第 7.4.4 条写钻孔听音法时，探测时听音杆宜直接接触管道管体。三句话的主语都是同一台听漏仪，变的只是它贴着什么。

把这三句排在一起，一条规律便显出来。隔着的东西越少，能拿到的信号越强，同时能覆盖的范围越小，要付的代价越大。阀栓耦合隔着一段管道，地面耦合隔着覆土与路面，钻孔耦合什么都不隔。这一条贯穿全篇。

表1 三种耦合方式的对照

二、阀栓耦合：接触的是管道附属设施

阀栓耦合的接触对象，条文说明在第 7.2.3 条下讲得很清楚，地下管道上的附属设施是指阀门、消火栓、水表等。第 7.2.2 条允许用听音杆，也允许用电子听漏仪，两种器具在这一节里是并列的。

这一类耦合的好处来自金属件本身的刚度。附属设施多为金属，声波在金属里衰减慢，一个阀门上听到的声音往往能覆盖相当长的一段管道。第 7.2.1 条给它的用途也正是普查，探测漏水异常的区域和范围，并对漏水点做预定位。条文说明第 7.2.5 条把判读路径写得很具体，先根据听测到的漏水声确认漏水的管段，缩小范围之后，再根据声音的强弱结合已有资料推测可能漏水点距离听测点的远近。

代价是点位不由人决定。阀栓耦合只能在有附属设施的地方听，一段没有阀门也没有消火栓的管道，这一方式直接落不下手。作业里常见的结果是，某一片区域阀栓密，普查做得细，另一片区域阀栓稀，同样的工作量覆盖到的管道长度差出好几倍。

第 7.2.4 条还安排了一步容易跳过的动作。它要求采用阀栓听音法时，先观察裸露的地下管道或附属设施有没有明漏，发现明漏点要准确记录，记录内容包括阀栓类型、明漏点的位置、漏水部位、管道材质及规格、估计漏水量，一共五项。明漏本身便是阀栓听音法判断漏水的一条信息，先看一眼再听。顺序不能反。

三类附属设施的耦合条件并不一样。阀门多半在阀门井里，井盖打开后能直接够到阀体，耦合面是金属阀体本身，路径短，读数的稳定性好。消火栓的地上部分露出地面，拴体与地下管之间的连接段不长，是三类里耦合环节偏少的一类。水表常在表井内，表体两端有接头，声波要从接头传过来，中间多一道界面，读数的幅度通常比阀体上低。井内积水会改变井壁与井盖的振动状态，井盖若被车辆反复碾过而松动，拾音器贴上去读到的可能先是井盖的响动。现场碰到这一类读数，处理办法是换一处附属设施再听一遍，把两处的结果摆在一起看。

三、地面耦合：中间隔着覆土与路面

地面耦合是三种方式里点位少受约束的一种。第 7.3.3 条只给了一句操作要求，听音杆或拾音器应紧密接触地面。第 7.3.1 条给它的用途横跨两段，既可用于供水管网漏水普查，也可用于漏水异常点的定位。

它的弱项由中间介质决定。漏水声要从管体穿出管壁，穿过回填层与路面结构，才到拾音器脚下，介质每多一层便多一次衰减。第 7.3.2 条给了一条硬边界，采用地面听音法探测时，地下供水管道埋深不宜大于 2.0 m。条文说明解释，管顶埋深超过 2.0 m 时，漏水噪声不易传到地表，强度也会大大降低。现场遇到的情形往往是这样，同一条管道在绿化带那一段读数明显，进入车行道这一段读数掉下去，管径与漏点都没有变，变的是路面结构。介质才是变量。

「紧密接触」这四个字看着简单，落到现场是另一回事。拾音器与地面之间只要留有空隙，或者压在松散的浮土、松动的铺装之上，振动便传不进来，读数掉的幅度远大于换一台仪器带来的差别。这也是为什么同一台仪器、同一个漏点，不同人测出来的信号强度能差出一大截。看数字分不出。

路面材质这一层在条文里没有单独写，落到手上却绕不开。整体摊铺的沥青面层与基层结合较好，拾音器压上去接触面平，接触刚度稳定。铺装方砖之间有缝，砖块本身还会随车轮晃动，读数里掺进来的未必是管道的声音。绿化带表层松软，拾音器的三脚容易陷进去，接触刚度随下陷深度变。碰到后两类地面，通常的做法是先用脚踩实或者换一处稍硬的地面临时落点，再看读数稳不稳。

点位自由的代价要靠测点数量来补。第 7.3.4 条对普查步长给出了分档，加密测点的步长收得更紧，用密集布点去换信号强度上的不足。

四、直接接触：把中间介质整个去掉

钻孔听音法是三种耦合里更直接的一种。第 7.4.4 条要求它使用听音杆，探测时听音杆宜直接接触管道管体。中间那段覆土与路面被整段绕开，衰减环节随之消失，读数的稳定性与信噪比都上了一个台阶。

它的进入条件也偏严。第 7.4.2 条要求钻孔听音法应在供水管道漏水普查发现漏水异常之后进行，钻孔前还要准确掌握漏水异常点附近其他管线的资料。这一方式不是用来找漏点的，是用来把已经圈出来的那一个点收准的。

钻孔前的管线资料核查有一条现成依据。CJJ 61-2017《城市地下管线探测技术规程》第 3.0.8 条以中误差衡量探测精度，其中隐蔽管线点的平面位置探查中误差和埋深探查中误差分别不应大于 0.05h 和 0.075h，h 为管线中心埋深，当 h 小于 1000 mm 时以 1000 mm 代入计算。钻孔位置定在这一精度给出的范围之内，才谈得上贴到管体而不是贴到旁边的另一条管。

孔数与间距的规定，和成果检验那一条线是扣着的。第 7.4.3 条要求每个漏水异常处的钻孔数量不宜少于 2 个，两钻孔间距不宜大于 50 cm。条文说明解释，单个钻孔无法比较漏水噪声强度与频率，因而无法定位，而两钻孔间距一旦超过 50 cm，定位误差便跟着变大。本规程第 3.0.11 条给成果定的线是漏水点定位误差不宜大于 1 m。两个孔相距 50 cm，漏点落在两孔之间时，按强弱取区间收下来，误差量级在数十厘米，收得住那条 1 m 的线。孔距若放大到两三米，单靠比较强弱便无法把结果收进这个范围。孔距被放大的场合，往往是因为路面开挖许可给的开口位置受限，作业人员只能顺着许可范围打孔。孔距别放大。

表2 耦合面的要求与条款出处

五、接触面状态决定读数：清洁、竖直、紧密

规程对接触面的要求散在不同章节，合起来看是一条完整的链。第 6.2.3 条在讲噪声记录仪布设时给出两条，管道和管件表面应清洁，噪声记录仪应处于竖直状态。条文说明补了一句关键的，压电式加速度传感器须保证噪声记录仪、磁铁底座及管道金属部分的良好接触。

四条要求对应四种失效形态。表面不清洁，等于在传感器与被测体之间垫了一层锈或者泥。不竖直，磁铁底座的着力面偏掉一侧，接触刚度随之变化。接触不紧密，中间留有空气层，振动传不过来。底座与金属部分之间隔着非金属件，耦合链直接断掉。

这一层的麻烦在于它不出数也不报警。仪器屏幕上的信号强度是一个数，耦合良好与耦合不良给出的是同一个量纲，看数字本身分辨不出来。现场能做的判别是重复放几次，看读数稳不稳，第 7.1.4 条对重复听测的要求正落在这里。读数不稳便重放。

六、三种耦合对应的空间尺度：区域、管段、点

三种耦合方式之所以要分成三节，根本原因在于它们回答的是不同尺度上的问题。

阀栓耦合回答的是区域。第 7.2.1 条写它探测漏水异常的区域和范围，并对漏水点做预定位，成果形态是一片范围。地面耦合横跨两段，第 7.3.1 条写它既可用于普查，也可用于漏水异常点的定位，成果形态可以从一片范围收到一个点。钻孔耦合只回答一个点，第 7.4.1 条写它可用于供水管道漏水异常点的定位，第 7.4.2 条又限定它必须在普查发现异常之后才进场。

把三者的适用范围排在一起，作业顺序便不用另外规定。先用阀栓耦合把范围圈出来，再用地面耦合沿管把范围收到管段与点，剩下收不准的那几处才动钻。规程第 7.1.1 条说根据探测条件选择，实际执行下来是层层收口，不是三选一。顺序自己会出来。

七、拾音器门槛落在三种耦合上

三种耦合用的是同一类拾音器，规程对它的门槛写在第 7.1.3 条。电子听漏仪应具有滤波功能与多级放大功能，使用加速度传感器作为拾音器，其电压灵敏度应优于 10 mV／(m·s⁻²)。条文说明给了这个数的一个直观对照，相当于 0.1 V／g，并说明采用加速度传感器的好处已得到公认。

加速度传感器测的是振动加速度，读数对耦合面的刚度极为敏感。同一个漏点，用钻孔耦合直接贴到管体上读到的量级，与隔着两米覆土在地面上读到的量级，差别主要不是仪器造成的，是中间介质造成的。理解这一层，便不会出现「地面上听不到便认定没有漏点」这一类判断。

相关分析法对拾音器的要求另有一档。第 8.1.4 条给相关仪传感器的频率响应范围为 0 Hz 至 5000 Hz，电压灵敏度应大于 100 mV／(m·s⁻²)，比听音法那一档高出一个量级。原因是相关分析要拿两个测点的波形做互相关，任何一侧耦合不良带来的失真都会直接落到时间差上。

八、判读方式随耦合方式变

耦合方式不同，判读的依据也不同，这一点常被忽略，于是出现了拿阀栓上的读数去和地面上的读数做比较的情形。

阀栓耦合判的是强弱与远近。条文说明第 7.2.5 条写得很清楚，先根据漏水声确认异常管段，再根据声音大小结合已有资料推测可能漏水点距离听测点的远近。它给出的是一个距离区间，不是一个坐标。

地面耦合判的是沿管方向的高值位置。第 7.3.4 条要求沿供水管道走向在管道上方逐点听测，漏水异常点附近加密，判读时比较相邻若干测点的强弱，找出沿管方向的相对高值。

钻孔耦合判的是两个孔之间的强弱差。条文说明第 7.4.3 条写明，单个钻孔无法比较漏水噪声强度与频率，因而无法定位。两个孔一起听，声音先到、强度更高的那一侧离漏点更近，漏点便落在两孔之间偏向那一侧的区间里。

三者判读的都是相对量，没有一种是凭单个读数的数值本身下结论。这也是第 7.1.4 条要求每个测点听音时间不应少于 5 s、对怀疑有异常的测点重复听测和对比次数不应少于 2 次的原因。

九、滤波档位要随耦合方式换

三种耦合拿到的信号频段并不一样，滤波档位因此不能一套设到底。金属件的刚度大，漏水声里频率偏高的成分沿管壁传得远，阀栓耦合拿到的频谱里高频段还在。覆土与回填层对高频的吸收明显强于低频，地面耦合拿到的频谱重心偏低。钻孔耦合绕开了覆土这一段，频谱又回到接近管体的样子。

频段不同，切入的滤波方式也不同。低频段用来避开路上车流与行人踩踏带来的低频晃动，高频段用来切掉远处机电设备的啸叫。地面耦合隔着的介质已经把高频吃掉了大半，此时再把低通截止频率压下去，容易把剩下的漏水声一并切掉。阀栓耦合的高频成分留得多，压一压反而能把背景压下去。

装备上的落点在这一层。大海智能数字听漏仪的模拟滤波分低频与高频两组，数字高通与低通均分档可调，整机频率范围 0 至 4000 Hz。地面普查这一环沿管逐点推进，低频段晃动多，低通档位收得紧一些。阀栓耦合的高频成分留得多，档位可以放开一些。档位怎么定要靠读数比对，先按管材与埋深给一个起始档，听完一段再前后挪一档比较。要多试两轮。

十、相关分析法要求两侧耦合一致

相关分析法与听音法在耦合上的要求不是一回事，这一点常被混在一起。第 8.2.2 条要求相关仪的传感器应确保放置在同一条管道上，宜竖直放置并确保与管道接触良好。这一条约束的是两个传感器，不是其中的一个。

相关分析的算式假定两侧的传播条件一致。它拿两个测点波形的时延差除以声速换出距离，任何一侧多一段传播路径，时延差里便多出那一段的时间。一侧装在消火栓上，另一侧落在地面上，两侧的中间介质不同，波形本身被改了形，互相关给出的峰值位置随之偏移，算出来的距离便带上了系统性偏差。

实际执行下来的做法是，相关仪的两个传感器都落在同类附属设施上，阀门对阀门，消火栓对消火栓。管道沿线找不到两处附属设施时，才退到钻孔或者改用其他方法。第 8.1.4 条把传感器的灵敏度门槛提到 100 mV／(m·s⁻²)，比听音法那一档高一个量级，正是为两侧波形的可比性留的余量。

声速这一项要单独说清楚。第 8.1.3 条只要求相关仪具备声速测量功能，本规程全篇没有给出声速数值，也没有按管材分档的声速表。工程上常用的金属约 1200 至 1500 m／s、塑料约 300 至 500 m／s，属于经验值而不是规定值，写进记录时要标明这一来源。别含糊。

十一、过程质量检查：5 秒、两次、两成抽检

第 7.1.5 条安排了听音法的质量检查方式，采用复测与对比方式做过程质量检查，检查时随机抽取复测管段，抽取管段长度不宜少于探测管道总长度的百分之二十，并应重点复测漏水异常管段和漏水异常点。

两成这个比例有量化意义。举一个能算的例子，一次作业覆盖 10 km 管道，按第 7.1.5 条抽取的复测管段便不应少于 2 km。若覆盖长度是 25 km，复测长度便要到 5 km。它不是抽查几个点，而是按长度算的一段段管道重听一遍。

条文说明解释了这一比例的来历，两成的质量检查量符合行业惯例，既可保证质检效果，又未大量增加探测人员的工作量。与第 7.1.4 条那两个数字放在一起看，5 s 与 2 次管的是单个测点，两成管的是整片区域，两层合起来才是完整的过程控制。

复测这一环还有一条现场上的讲究，换一种耦合方式再听一遍，比用原来那种方式重听更有说服力。阀栓耦合圈出的异常管段，复测时沿管在地面上走一遍，两侧结论对得上，这一段的判断便稳。对不上时先看耦合面，再看是不是把别处的声音引过来了。抽检管段按管段编号随机抽取，异常管段无论抽中与否都要重听一遍。两侧对不上便查。

十二、常见误用六条

其一，地面拾音器没有真正压实地面的情形。第 7.3.3 条要求紧密接触地面，拾音器压在松散浮土或者松动铺装上，中间有空隙，读数会明显偏低，而这一偏低不会有任何提示。

其二，阀栓听音只盯着阀门。条文说明第 7.2.3 条把附属设施列成阀门、消火栓、水表三类，只听其中一类等于主动放弃了另外两类的点位，覆盖面因此缩水。

其三，阀栓听音跳过明漏观察。第 7.2.4 条要求先观察裸露的地下管道或附属设施有没有明漏，并按规定记录五项信息。明漏是判断漏水的一条现成信息，先听后看会把已经摆在面上的线索丢掉。

其四，钻孔只打一个孔。第 7.4.3 条要求每处不宜少于 2 个，条文说明点明单个钻孔无法比较强弱因而无法定位。一个孔只能给出有没有声音，给不出位置。

其五，未经普查直接钻孔。第 7.4.2 条要求钻孔听音法在供水管道漏水普查发现漏水异常之后进行，未圈定异常便破路，等于把收准点位这一手段当成普查来用。

其六，把三种耦合的读数放在一起比较。阀栓耦合隔着一段金属管道，地面耦合隔着覆土与路面，钻孔耦合什么都不隔，三条链的衰减量级完全不同，读数不可比。这一处要记牢。

十三、装备落点：两种耦合各配一台

把三种耦合的要求摆在一起，装备上的落点也便清楚了。北京康高特（KGT）自研的两款数字听漏仪在这一类作业里按耦合方式分工。

大海智能数字听漏仪的整机频率范围为 0 至 4000 Hz，增益 46 dB，信号强度以 0 至 100 指示，数字高通与低通均分档可调，模拟滤波另有低频与高频两组。拾音器为机电型，防护等级 IP67，可在水深 1 m 处放置 30 分钟，控制单元防护等级 IP54，配 5 英寸 TFT LCD 触摸屏与 64 G SD 卡存储。地面耦合这一环要逐点移动、反复落地，拾音器的防护等级与整机便携性直接决定这一环能不能连着做下来。

星辰智能数字听漏仪的整机频率范围为 0 至 6000 Hz，拾音器灵敏度 48±5 V／g、量程正负 0.1 g、拾音器频率范围 10 至 3000 Hz、谐振频率约 9 kHz、横向灵敏度不大于百分之五，同样配机电型拾音器与 IP67 防护。它支持蓝牙连接手机软件，在地图上标记测点位置。阀栓耦合的点位由管网决定、编号随点位走，地面耦合加密后测点成倍增加，两类场合都需要把点位与读数一并记下来。

测点编号这一件小事在三种耦合里的分量不同。阀栓耦合的点位跟着管网附属设施走，编号可以直接沿用阀栓编号。地面耦合加密之后测点成倍增加，编号要带上里程或者相对位置，否则隔天回来对不上是哪一处。钻孔耦合的点位少，但要与开挖位置一并记。三类点位都能落到同一张图上，编号规则先定一次，后面补录才不会乱。编号别省。

表3 三种耦合的判读依据与作业顺序

表4 北京康高特（KGT）自研装备在不同耦合方式上的落点

结语：先分清隔着什么

听漏传感器拿到什么数，一半取决于漏点本身，另一半取决于它贴着什么、中间隔着什么。阀栓耦合隔着一段金属管道，地面耦合隔着覆土与路面，钻孔耦合什么都不隔，三条链的衰减量级差得很远，读数因此不能直接相比。先分清这一次隔着什么，再去判读那一个数字，很多看起来像漏点的异常与看起来像正常的读数便都有了解释。分清了再判。

相关仪器咨询
联系电话：010-68460051 / 13520131150
提供电力检测、核辐射防护、市政管网、卫生检测等仪器的选型咨询、技术方案服务