基于自適應(yīng)時頻分析的天然氣管道泄漏檢測

【摘要】：為了保障管道的安全生產(chǎn),管道泄漏檢測技術(shù)是最為重要的手段。在進(jìn)入21世紀(jì)以后,人們對管道泄漏檢測提出了檢測管道的微小泄漏、提高泄漏點(diǎn)的定位精度、提高系統(tǒng)對泄漏判斷的準(zhǔn)確率等要求。天然氣管道泄漏產(chǎn)生的次聲波信號屬于非平穩(wěn)信號,并且在管道中傳播時受到嚴(yán)重的外界干擾,導(dǎo)致泄漏的誤判率高,且定位不準(zhǔn)確。自適應(yīng)時頻分析方法是分析非平穩(wěn)信號的重要手段,針對天然氣管道泄漏產(chǎn)生的次聲波信號的特征,本文利用自適應(yīng)最優(yōu)核(AOK)時頻分析算法,通過短時模糊函數(shù)和隨時間變化的自適應(yīng)最優(yōu)核,實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)聲信號的時頻處理和時頻特征的提取,提高管道泄漏判斷和泄漏點(diǎn)定位精度,并結(jié)合Lab VIEW和MATLAB編程實(shí)現(xiàn)天然氣管道泄漏檢測系統(tǒng)。本文主要工作有:1、對現(xiàn)有常用的幾種時頻分析算法的基本理論進(jìn)行研究,并對這幾種時頻分析算法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對比。對比結(jié)果表明AOK具有較高的時間、頻率分辨率以及時頻聚集特性,并且能夠有效的抑制信號的交叉干擾項(xiàng),用于天然氣管道泄漏產(chǎn)生的次聲波信號分析是一種理想的方法。2、根據(jù)天然氣管道泄漏產(chǎn)生次聲波的原理,對次聲波在天然氣管道中的傳播、以及根據(jù)次聲波對管道泄漏進(jìn)行檢測以及泄漏點(diǎn)的定位方法進(jìn)行了研究。最后利用AOK時頻分析算法對天然氣管道泄漏產(chǎn)生的次聲波信號進(jìn)行時頻處理,并將處理結(jié)果和其他幾種時頻分析算法進(jìn)行對比,對比結(jié)果發(fā)現(xiàn),AOK時頻分析能夠?qū)艿佬孤┊a(chǎn)生的次聲波信號進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷,并能準(zhǔn)確的提取出泄漏發(fā)生的時間,對管道泄漏的判斷和泄漏點(diǎn)定位精度的提高有較大的優(yōu)勢。3、根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際要求,利用圖形化編程軟件Lab VIEW對整個天然氣管道泄漏檢測系統(tǒng)的下位機(jī)采集系統(tǒng)、上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。其中下位機(jī)采集系統(tǒng)主要包括管道聲波信號的采集、聲波數(shù)據(jù)的處理和特征提取、系統(tǒng)授時等模塊的設(shè)計(jì);系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸主要包含兩種不同數(shù)據(jù)傳輸方式的發(fā)送和接收模塊的設(shè)計(jì);上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括了管道泄漏的判斷、泄漏點(diǎn)的定位和報(bào)警、系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)顯示、存儲和查詢、管道泄漏檢測系統(tǒng)的權(quán)限管理等模塊的設(shè)計(jì)。4、對編寫的天然氣管道泄漏檢測系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行環(huán)境下進(jìn)行測試。測試結(jié)果表明,該系統(tǒng)能夠有效的對天然氣管道發(fā)生的小泄漏進(jìn)行檢測并定位,定位精度符合現(xiàn)場的實(shí)際要求。 【關(guān)鍵詞】：管道泄漏檢測 次聲波 自適應(yīng)最優(yōu)核時頻分析 LabVIEW
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TE973.6
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 緒論9-14
• 0.1 課題的研究背景及意義9
• 0.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-12
• 0.2.1 基于平衡法的檢測方法10-11
• 0.2.2 基于負(fù)壓波的檢測方法11
• 0.2.3 基于實(shí)時模型的檢測方法11
• 0.2.4 基于聲信號處理的泄漏檢測方法11-12
• 0.3 論文主要研究內(nèi)容12-14
• 第一章 天然氣管道泄漏檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)14-22
• 1.1 現(xiàn)場需求分析14
• 1.2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)14-15
• 1.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)15-16
• 1.4 下位機(jī)采集系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)16-19
• 1.5 數(shù)據(jù)傳輸方案整體設(shè)計(jì)19-20
• 1.6 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)20
• 1.7 本章小結(jié)20-22
• 第二章 基于自適應(yīng)時頻分析的管道泄漏聲信號的處理22-39
• 2.1 時頻分析的基本原理22-29
• 2.1.1 短時傅里葉變換23-25
• 2.1.2 小波變換25-26
• 2.1.3 Cohen分布26-28
• 2.1.4 自適應(yīng)最優(yōu)核函數(shù)時頻分布28-29
• 2.2 基于次聲波的管道泄漏檢測與定位29-33
• 2.2.1 泄漏管道次聲波的產(chǎn)生29-30
• 2.2.2 泄漏管道次聲波的傳播30-33
• 2.2.3 基于次聲波的管道泄漏檢測與定位33
• 2.3 AOK在管道泄漏檢測中的應(yīng)用33-38
• 2.3.1 基于Lab VIEW的AOK時頻分析實(shí)現(xiàn)34-35
• 2.3.2 應(yīng)用實(shí)例分析35-38
• 2.4 本章小結(jié)38-39
• 第三章 天然氣管道泄漏檢測系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)39-48
• 3.1 管道泄漏檢測下位機(jī)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)39-41
• 3.1.1 數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)39-40
• 3.1.2 系統(tǒng)授時模塊設(shè)計(jì)40-41
• 3.2 數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計(jì)41-44
• 3.2.1 GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)計(jì)41-42
• 3.2.2 有線網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)計(jì)42-44
• 3.3 管道泄漏檢測上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)44-47
• 3.3.1 泄漏判斷模塊的設(shè)計(jì)44
• 3.3.2 泄漏定位模塊的設(shè)計(jì)44-45
• 3.3.3 數(shù)據(jù)管理模塊的設(shè)計(jì)45-46
• 3.3.4 系統(tǒng)管理模塊的設(shè)計(jì)46-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第四章 天然氣管道泄漏檢測系統(tǒng)測試48-54
• 4.1 仿真管道泄漏模擬測試48-52
• 4.2 現(xiàn)場管道泄漏模擬測試52-53
• 4.3 本章小結(jié)53-54
• 總結(jié)54-55
• 參考文獻(xiàn)55-58
• 作者簡介、發(fā)表文章及研究成果目錄58-59
• 致謝59-60

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