基于自适应时频分析的天然气管道泄漏检测

【摘要】：为了保障管道的安全生产,管道泄漏检测技术是最为重要的手段。在进入21世纪以后,人们对管道泄漏检测提出了检测管道的微小泄漏、提高泄漏点的定位精度、提高系统对泄漏判断的准确率等要求。天然气管道泄漏产生的次声波信号属于非平稳信号,并且在管道中传播时受到严重的外界干扰,导致泄漏的误判率高,且定位不准确。自适应时频分析方法是分析非平稳信号的重要手段,针对天然气管道泄漏产生的次声波信号的特征,本文利用自适应最优核(AOK)时频分析算法,通过短时模糊函数和随时间变化的自适应最优核,实现管道内声信号的时频处理和时频特征的提取,提高管道泄漏判断和泄漏点定位精度,并结合Lab VIEW和MATLAB编程实现天然气管道泄漏检测系统。本文主要工作有:1、对现有常用的几种时频分析算法的基本理论进行研究,并对这几种时频分析算法的优缺点进行对比。对比结果表明AOK具有较高的时间、频率分辨率以及时频聚集特性,并且能够有效的抑制信号的交叉干扰项,用于天然气管道泄漏产生的次声波信号分析是一种理想的方法。2、根据天然气管道泄漏产生次声波的原理,对次声波在天然气管道中的传播、以及根据次声波对管道泄漏进行检测以及泄漏点的定位方法进行了研究。最后利用AOK时频分析算法对天然气管道泄漏产生的次声波信号进行时频处理,并将处理结果和其他几种时频分析算法进行对比,对比结果发现,AOK时频分析能够对管道泄漏产生的次声波信号进行准确的判断,并能准确的提取出泄漏发生的时间,对管道泄漏的判断和泄漏点定位精度的提高有较大的优势。3、根据现场的实际要求,利用图形化编程软件Lab VIEW对整个天然气管道泄漏检测系统的下位机采集系统、上位机监控系统和系统数据的传输进行了详细的设计。其中下位机采集系统主要包括管道声波信号的采集、声波数据的处理和特征提取、系统授时等模块的设计;系统数据的传输主要包含两种不同数据传输方式的发送和接收模块的设计;上位机监控系统主要包括了管道泄漏的判断、泄漏点的定位和报警、系统相关的数据显示、存储和查询、管道泄漏检测系统的权限管理等模块的设计。4、对编写的天然气管道泄漏检测系统在实验室环境和现场实际运行环境下进行测试。测试结果表明,该系统能够有效的对天然气管道发生的小泄漏进行检测并定位,定位精度符合现场的实际要求。 【关键词】：管道泄漏检测 次声波 自适应最优核时频分析 LabVIEW
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE973.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 绪论9-14
• 0.1 课题的研究背景及意义9
• 0.2 国内外研究现状9-12
• 0.2.1 基于平衡法的检测方法10-11
• 0.2.2 基于负压波的检测方法11
• 0.2.3 基于实时模型的检测方法11
• 0.2.4 基于声信号处理的泄漏检测方法11-12
• 0.3 论文主要研究内容12-14
• 第一章 天然气管道泄漏检测系统的总体设计14-22
• 1.1 现场需求分析14
• 1.2 系统总体方案设计14-15
• 1.3 系统实现方案设计15-16
• 1.4 下位机采集系统整体设计16-19
• 1.5 数据传输方案整体设计19-20
• 1.6 上位机监控系统整体设计20
• 1.7 本章小结20-22
• 第二章 基于自适应时频分析的管道泄漏声信号的处理22-39
• 2.1 时频分析的基本原理22-29
• 2.1.1 短时傅里叶变换23-25
• 2.1.2 小波变换25-26
• 2.1.3 Cohen分布26-28
• 2.1.4 自适应最优核函数时频分布28-29
• 2.2 基于次声波的管道泄漏检测与定位29-33
• 2.2.1 泄漏管道次声波的产生29-30
• 2.2.2 泄漏管道次声波的传播30-33
• 2.2.3 基于次声波的管道泄漏检测与定位33
• 2.3 AOK在管道泄漏检测中的应用33-38
• 2.3.1 基于Lab VIEW的AOK时频分析实现34-35
• 2.3.2 应用实例分析35-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第三章 天然气管道泄漏检测系统功能模块设计39-48
• 3.1 管道泄漏检测下位机采集系统设计39-41
• 3.1.1 数据采集模块的设计39-40
• 3.1.2 系统授时模块设计40-41
• 3.2 数据传输模块设计41-44
• 3.2.1 GPRS无线网络传输设计41-42
• 3.2.2 有线网络传输设计42-44
• 3.3 管道泄漏检测上位机监控系统设计44-47
• 3.3.1 泄漏判断模块的设计44
• 3.3.2 泄漏定位模块的设计44-45
• 3.3.3 数据管理模块的设计45-46
• 3.3.4 系统管理模块的设计46-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 天然气管道泄漏检测系统测试48-54
• 4.1 仿真管道泄漏模拟测试48-52
• 4.2 现场管道泄漏模拟测试52-53
• 4.3 本章小结53-54
• 总结54-55
• 参考文献55-58
• 作者简介、发表文章及研究成果目录58-59
• 致谢59-60

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