天然氣管道缺陷檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

【摘要】：這些年來，由天然氣管道泄漏引起的爆炸事故逐年增加，這是由于管道使用時(shí)間長、維護(hù)保養(yǎng)不到位、管道內(nèi)壁缺陷發(fā)現(xiàn)不及時(shí)等原因引起的，因此需要加大對天然氣管道內(nèi)壁缺陷的檢測研究。 隨著超聲波檢測理論的成熟、數(shù)字信號處理技術(shù)以及自動化與智能化技術(shù)等學(xué)科和技術(shù)的迅猛發(fā)展，利用超聲波檢測技術(shù)進(jìn)行管道檢測有著檢測速度快、效率高、結(jié)果準(zhǔn)確、沒有環(huán)境污染和成本小等優(yōu)勢，因此應(yīng)用范圍很廣泛。本文以天然氣管道為研究對象，利用脈沖反射法檢測管道缺陷，以DSP芯片為核心的數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)用到超聲波檢測系統(tǒng)中，并通過SD卡存儲數(shù)據(jù)。 本文是針對天然氣管道內(nèi)壁進(jìn)行缺陷識別，首先對機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括驅(qū)動調(diào)速結(jié)構(gòu)、超聲波探頭的排列方式以及安全性的設(shè)計(jì)；然后通過對超聲波檢測理論與技術(shù)的分析，提出基于數(shù)字信號處理器（DSP）的超聲檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案；系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括超聲波發(fā)射電路以及接收電路中的信號限幅保護(hù)、放大、濾波設(shè)計(jì)，DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括電源設(shè)計(jì)、時(shí)鐘和復(fù)位電路、電池的選擇以及存儲器SD卡接口電路設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包含有DSP系統(tǒng)初始化、A/D信號轉(zhuǎn)換的軟件實(shí)現(xiàn)以及SD存儲卡的在SPI模式下實(shí)現(xiàn)SD存儲卡的底層讀寫，并建立文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對SD存儲卡的文件操作。 超聲回波信號是一種非平穩(wěn)時(shí)變信號，不僅包含很多有用信息，同時(shí)還夾雜著大量的噪聲信號，最常使用小波閾值去噪法進(jìn)行降噪，但不同的閾值函數(shù)對信號去噪能力是有非常大的差異，通過對軟硬閾值函數(shù)的分析，構(gòu)造一個新的閾值函數(shù)，它能夠避免軟閾值處理后某一些有用信息丟失的缺點(diǎn)，也能夠避免硬閾值函數(shù)在閾值處產(chǎn)生附加振蕩的缺點(diǎn)。通過對幾種常用的母小波函數(shù)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合超聲回波信號的特點(diǎn)，確定合適的母小波函數(shù)，對實(shí)際的超聲回波信號使用軟硬閾值函數(shù)和改進(jìn)的閾值函數(shù)進(jìn)行去噪實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了：改進(jìn)的閾值函數(shù)能夠更好地實(shí)現(xiàn)去噪，并且在低信噪比下也具有良好的去噪能力。 【關(guān)鍵詞】：天然氣管道 超聲波檢測 SD卡 信號去噪 小波分析 閾值
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TP274.53
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 課題研究的時(shí)代背景11-15
• 1.1.1 管道運(yùn)輸?shù)膰鴥?nèi)外發(fā)展?fàn)顩r11-13
• 1.1.2 管道檢測的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r13-15
• 1.2 國內(nèi)外管道超聲檢測技術(shù)研究概況15-16
• 1.2.1 超聲檢測的優(yōu)點(diǎn)15
• 1.2.2 國內(nèi)外超聲檢測技術(shù)的研究概況15-16
• 1.3 本論文的研究目的和意義16-17
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容17-18
• 第2章 超聲波檢測技術(shù)18-28
• 2.1 超聲波檢測的物理基礎(chǔ)18-20
• 2.1.1 機(jī)械振動與機(jī)械波18-19
• 2.1.2 超聲場的特征量19-20
• 2.1.3 超聲波的傳播特性20
• 2.2 超聲波換能器20-21
• 2.3 超聲檢測的基本方法21-24
• 2.3.1 脈沖反射法21-23
• 2.3.2 穿透法23-24
• 2.4 缺陷的定位和定量24-26
• 2.4.1 缺陷定位24
• 2.4.2 缺陷定量24-26
• 2.5 本章小結(jié)26-28
• 第3章 管道超聲波檢測系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)28-41
• 3.1 超聲波檢測系統(tǒng)本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)28-29
• 3.2 驅(qū)動和調(diào)速結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)29-33
• 3.3 在線充電方案的研究33-35
• 3.4 檢測系統(tǒng)本體的密封性和安全性設(shè)計(jì)35-36
• 3.5 超聲探頭的選取36-39
• 3.5.1 超聲波探頭的結(jié)構(gòu)型式的確定37
• 3.5.2 超聲探頭的工作頻率確定37-38
• 3.5.3 超聲探頭晶片的尺寸確定38-39
• 3.6 超聲探頭的排列方式及不漏檢的條件39-40
• 3.7 本章小結(jié)40-41
• 第4章 超聲波檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)41-64
• 4.1 超聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì)41-46
• 4.1.1 常用超聲波發(fā)射電路41-42
• 4.1.2 串聯(lián)諧振式發(fā)射電路設(shè)計(jì)42-46
• 4.2 超聲波接收電路設(shè)計(jì)46-49
• 4.2.1 限幅保護(hù)電路46-47
• 4.2.2 信號放大電路47-49
• 4.2.3 帶通濾波電路49
• 4.3 控制芯片的選擇49-50
• 4.4 DSP 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)50-63
• 4.4.1 電源電路設(shè)計(jì)51-52
• 4.4.2 時(shí)鐘以及復(fù)位電路設(shè)計(jì)52-55
• 4.4.3 JTAG 仿真接口設(shè)計(jì)55-56
• 4.4.4 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)56-57
• 4.4.5 SD 卡接口電路設(shè)計(jì)57-60
• 4.4.6 電池的選擇60-61
• 4.4.7 DSP 電路板的設(shè)計(jì)61-63
• 4.5 本章小結(jié)63-64
• 第5章 超聲波檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)64-77
• 5.1 DSP 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程64-66
• 5.1.1 軟件集成開發(fā)環(huán)境 CCS64-65
• 5.1.2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)流程65-66
• 5.2 A/D 信號采集程序設(shè)計(jì)66-68
• 5.3 安全數(shù)字記憶卡（SD 卡）的軟件設(shè)計(jì)68-76
• 5.3.1 SD 存儲卡的上電初始化68-72
• 5.3.2 SD 存儲卡數(shù)據(jù)讀寫操作72-74
• 5.3.3 SD 存儲卡文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)74-76
• 5.4 本章小結(jié)76-77
• 第6章 超聲波檢測系統(tǒng)信號分析77-94
• 6.1 信號模型77-78
• 6.2 三種小波去噪方法78-81
• 6.2.1 模極大值去噪法78-79
• 6.2.2 小波變換尺度相關(guān)性去噪法79-80
• 6.2.3 小波閾值去噪法80-81
• 6.3 小波去噪效果的評估81-82
• 6.4 改進(jìn)的閾值去噪法82-89
• 6.4.1 閾值的選取準(zhǔn)則83
• 6.4.2 改進(jìn)的閾值函數(shù)83-89
• 6.5 母小波函數(shù)的確定89-91
• 6.6 回波信號分析的仿真驗(yàn)證91-93
• 6.7 本章小結(jié)93-94
• 結(jié)論94-96
• 參考文獻(xiàn)96-101
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果101-102
• 致謝102

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