Η παρούσα διδακτορική διατριβή διαπραγματεύεται την σχεδίαση και υλοποίηση μεθόδων σε ενσωματωμένα συστήματα, οι οποίες αφορούν την εκτίμηση της θέσης και του μεγέθους διαρροών σε μεταλλικούς σωλήνες. Η εμφάνιση διαρροών σε δίκτυα σωληνώσεων αποτελεί σοβαρό πρόβλημα τόσο στη βιομηχανία, όσο και σε αστικές εφαρμογές. Για το λόγο αυτό, μία πληθώρα ερευνητών έχει ασχοληθεί με την σχεδίαση συστημάτων επίβλεψης σωληνώσεων για τον έγκαιρο και αξιόπιστο εντοπισμό διαρροών. Έτσι, πραγματοποιήθηκε μία λεπτομερής μελέτη της σχετικής βιβλιογραφίας. Καθώς οι μη παρεμβατικές μέθοδοι εκτίμησης θέσης και μεγέθους διαρροής που αναπτύχθηκαν στη συγκεκριμένη διατριβή στηρίζονται στα ακουστικά σήματα τα οποία εμφανίζονται σε έναν σωλήνα λόγω διαρροής, εξετάζονται οι φυσικοί μηχανισμοί και η μαθηματική περιγραφή των ακουστικών κυμάτων, όπως επίσης και οι τύποι αισθητήρων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευσή τους. Επιπλέον, γίνεται παρουσίαση των μαθηματικών εργαλείων και των τεχνικών επεξεργασίας σήματος που χρησιμοποιήθηκαν κατά την σχεδίαση των μεθόδων. Αρχικά, με βάση τη σχετική βιβλιογραφία καθώς και πειραματικά δεδομένα από πραγματικές μετρήσεις διαρροών, σχεδιάστηκε ένας αριθμός ακουστικών μεθόδων εντοπισμού θέσης διαρροής. Στις μεθόδους αυτές η εύρεση του σημείου διαρροής επιτυγχάνεται είτε μέσω υπολογισμού χρονικών διαφορών άφιξης των ακουστικών σημάτων διαρροής στους αισθητήρες που είναι τοποθετημένοι στο σωλήνα, είτε μέσω του φαινομένου της απόσβεσης την οποία υφίστανται τα ακουστικά κύματα κατά την διάρκεια της διάδοσής τους. Επιπλέον, για την ανάπτυξη των μεθόδων ελήφθη υπόψη η στοχαστική (μη αιτιοκρατική) φύση των σημάτων διαρροής, καθώς επίσης και κάποια φυσικά φαινόμενα σχετιζόμενα με τη διάδοση των ακουστικών κυμάτων, όπως η διασπορά, η φασματικά εξαρτώμενη απόσβεση και ο συντονισμός. Από την άλλη πλευρά, η ακουστική μέθοδος εκτίμησης μεγέθους διαρροής η οποία αναπτύχθηκε στην παρούσα διατριβή συνδυάζει την πληροφορία σχετικά με τη θέση του σημείου διαρροής με την τεχνική της πολλαπλής γραμμικής προσαρμογής ώστε να επιτύχει την ταξινόμηση μίας διαρροής σε κάποια από τις τρεις διαθέσιμες κατηγορίες (δηλ. «μικρή», «μεσαία» ή «μεγάλη» διαρροή) με βάση το μέγεθός της, παρέχοντας έτσι μία εικόνα σχετικά με την σοβαρότητα της κατάστασης. Οι μέθοδοι εκτίμησης θέσης και μεγέθους διαρροής στην παρούσα διατριβή αναπτύχθηκαν με την βοήθεια των λογισμικών LabVIEW και Matlab, όπως επίσης και με τη χρήση της γλώσσας προγραμματισμού C++. Τέλος, κάποιες επιλεγμένες από τις αναπτυχθείσες μεθόδους της παρούσας διατριβής υλοποιήθηκαν (σε C++) πάνω σε ένα ενσωματωμένο σύστημα χαμηλού κόστους. Το σύστημα αυτό αποτελείται από δύο κόμβους, καθένας από τους οποίους περιλαμβάνει έναν ακουστικό αισθητήρα, έναν μετατροπέα A/D, μία μονάδα GPS και την πλατφόρμα υλικού Raspberry Pi 4B. Πάνω στη συγκεκριμένη πλατφόρμα εξετάστηκαν η ακρίβεια των μεθόδων, ο χρόνος εκτέλεσης και η κατανάλωση μνήμης και πραγματοποιήθηκε μελέτη της επίδρασης των τιμών των βασικών παραμέτρων του συστήματος στην απόδοσή του.