基于声压传感器的供热管道泄漏检测

为实现对供热管道泄漏的检测,研究了基于声压传感器的供热管道泄漏检测方法。首先利用PCB公司的声压传感器和NI cDAQ搭建了实验平台,并在现场进行了泄漏检测实验;研究了长输大口径供热管道泄漏声压脉动信号特征,并对db小波、sym小波、haar小波处理含噪声管道声压信号的去噪能力进行比较。虽然在处理实验室小规模管道模型泄漏信号时db小波和sym小波取得了较好的效果,但它们无法有效滤除大口径长输供热管道泄漏信号中的噪声信号。通过对比发现,haar小波去噪方式能较好地应用于长输大口径供热管道的信号滤波中。因此,基于音波法的泄漏检测方法适用于长输大口径供热管道的泄漏检测。提出的方法对于长输大口径供热管道泄漏检测有较好的效果,在工业生产中将取得一定的经济效益。     

基于多物理场的管道强度与模态分析(三)管道的流固耦合模态分析

由于流体作用而引起管道的冲击振动,对其可靠性和安全性具有重大影响。本文对充液管道的流固耦合模态进行了分析,并研究了壁厚和管径对管道固有频率的影响,为管道的设计和安全评价提供参考依据。     

超声探头外声场在测量管道上的仿真分析

针对超声探头安置于测量管道不同位置时,获取信号不同这一问题,利用有限元软件COMSOL建立了探头外输送管道内的声场分布,研究了在不同声波频率和不同声衰减系数下,管道上的声场分布情况.研究表明:声波频率增大时,指向角减小,管道壁上的主声束范围也随之减小;声衰减系数增大时,指向角不变,但管道壁上主声束范围内的声压值减小.说明接收探头的设计位置应该主要根据声波频率确定.当频率不同时,声压为零的点不同,探头的设计位置应该避开声压为零的点,另外由于主轴处声信号的强度大,为了获得比较好的测量精度,探头位置应该尽量靠近主轴.     

基于K-SVD超声渡越时间获取方法研究

在超声回波检测信号中,反映污垢特征的冲击信号非常微弱,容易被噪声淹没。针对信号稀疏分解中常用匹配追踪分解不够准确的问题,提出基于K-SVD奇异值分解的超声渡越时间获取方法,利用K-SVD训练得到超声回波信号的过完备字典,结合正交匹配追踪进行局部搜索适配原子,以提高信号稀疏分解的速度和准确度。基于Comsol Multipysics仿真软件建立充液污垢管道三维有限元模型,研究了超声回波传播特性规律。将K-SVD算法应用于超声回波仿真信号和换热污垢管道回波检测信号的处理,并与原始小波训练字典进行对比。结果表明：改进的K-SVD字典学习算法能够在提高信号稀疏分解的同时,获得较好的降噪结果和污垢特征信息提取,对超声检测信号的处理具有实际意义。     

分布式光纤传感技术在管道泄漏检测中的应用

分布式光纤传感技术由于能够获得被测物理场沿空间和时间上的连续分布信息,非常适合用于长距离管道泄漏检测。介绍了分布式光纤传感技术在管道泄漏检测中的应用情况和面临的问题,对该技术在管道泄漏检测中的应用前景进行了展望。     

基于多物理场的管道强度与模态分析（一）充液异径管的流固耦合分析

一、引言 异径管又称大小头,主要用于连接两种不同的管径。根据结构不同,异径管又分为同心异径管和偏心异径管。在工业生产中,异径管的工况非常恶劣,常发生失效事故。本又以同心异径管为例,应用ADZNA软件对充液异径管进行流固耦合分析,研究了不同流体速度下管道的力学性能。     

光纤NH_3气体传感器

设计开发了一种光纤NH3气体传感器．其探头结构采用指示剂＋内充液型。将指示剂吸附于阴离子交换膜上,敏感膜固定于光纤末端,气体穿过透气膜进入探头,使探头内部电解质溶液的pH值发生变化,从而改变了内充液中指示剂的共轭酸碱异构体的浓度比,检测限为2μmol／L．     

传感器在管道超声导波检测中的应用

管道超声导波检测技术是一种新兴的无损检测方法。利用该技术可以在一点对管道进行快速而全面的检测,节省检测时间,减少劳动强度。而由于导波的频散、多模态特性和管道工作条件、结构尺寸的不同,使得在超声导波检测中对导波的激励方式和传感器的使用要求也不尽相同。传感器的选择对管道超声导波检测的实现十分重要。简要回顾了五种不同类型传感器在管道导波检测中的工作机理、特性及其应用。     

输浆管道液—固两相流静电场特性研究

利用有限元方法建立了输浆管道内液-固两相流(矿浆)的静电场模型,以检测灵敏度为媒介,对液-固两相流的软场特性进行深入研究,分析了矿浆的流速、固体颗粒大小、结垢、浓度对软场特性的影响,得出了如下结论:在矿浆流速越低、矿浆固体颗粒越大和结垢层越厚时,灵敏度分布越不均匀;矿浆浓度的变化越大,对灵敏度影响越大。这一结论为输浆管道液-固两相流的可视化检测提供了技术支撑。     

水下压力测量传压管道动态特性分析

介绍了用于水下发射膛压测量的压力传感器,针对水下测压时有无充脂所出现的不同现象,以理论推导分析了产生此现象的原因。得出结论:在水下发射装置测压,必须对传感器传压管道进行充脂,以排空管道内的空气,保证传压管的固有频率满足测试要求。     

无线传感器网络的短距声通信方法研究

在无线传感器网络(WSNs)所处环境中,由于强电磁或短距无线通信频率共存的原因,传感器节点间的短距无线通信常常会受到干扰甚至中断。针对这个问题,研究了一种短距声通信方式,将信号调制于声信号上,通过空气中声信号的传播来完成节点之间的数据通信。设计了用于验证声通信方法的实验系统结构;介绍了微分相移键控(DPSK)调制与解调原理及相关Matlab程序流程、输出与接收放大电路设计。进行了声通信实验,在室内环境时,声通信的最佳距离为2 m,室外环境时,声通信的最佳距离为5 m,最佳波特率均为294 bps。实验数据表明:本系统所设计的声通信方法是可行的。     

基于抛物方程法的矢量场分析与仿真

研究海底声纳系统优化识别问题,海洋环境中的声传播是水声学研究领域中的一个经典问题.传统研究只关心声压场而不能实现振速和声压的联合处理,而且对低频声矢量场的研究也比较少.为了提高声纳系统性能,通过尤拉方程给出声矢量场的计算模型,采用抛物方程方法对声场声压进行计算,再利用差分法对声场振速等矢量场参数进行数值求解,并分析了具有弹性海底的浅海波导中的声矢量场.仿真结果表明,采用抛物方程法能够快速准确的计算海洋环境中的声矢量场,并实现振速和声压的联合处理,适用于声矢量场的快速预报,为提高声纳系统性能提供了依据.     

稀相气固两相流探针声检测方法的测量信号特征分析

设计了基于探针方法,且声检测传感器安装于管道外的气固两相流检测传感器结构。针对该结构,通过单颗粒与多颗粒的撞击实验,结合频谱分析,发现声信号的峰值频率固定,经分析为颗粒激发探针在固有频率处的振动所致,可将探针近似为悬臂梁进行分析。通过管道实验可知,固有频率处的峰值与固相颗粒的速度和质量分数具有很强的相关性,该信号特征有望应用于气固两相流的在线检测中。     

油田注水井管道声通信信道平台设计及仿真

以油田注水井构成的注水管道的无线声通信为应用背景,旨在分析以管内水为媒介的声通信信道,为在注水管道中实现远程声通信开展前瞻性的工作。对注水井特殊管道结构的传声特性和射线理论下井内声传播进行了全面分析。为产生声信号为管道声传播测试提供声源,成功设计了一款中等功率的水声发射样机,系统研究了其硬件电路设计及软件设计。油田注水井的声传播测试在实验井展开,仿真实验和系统测试表明该系统能有效对注水井的噪声信号进行采集和分析,并实现声通信信道传输,实验中得到了很多有意义的数据和结果。油田注水井管道声通信信道仿真平台的构建,为研究注水井声通信的实现和下一步对管道及机械设备的监测和故障诊断等应用奠定了坚实的基础。     

基于RAP的深海水声网连通性分析

可靠声路径(RAP)是深海水声传播中的一种特殊的物理现象.分析了RAP的物理机理,利用RAP模型计算声场分布,以深海水声网络通信节点为基础,结合图论理论,在复杂海底地形地貌的条件下,仿真分析深海水声网的连通性能.结果表明:该方法可以有效判断出深海水声声呐网络是否连通,并在网络连通的前提下找到一条声源到接收机的最优路径.     

驻极体声传感器信号采集系统研究

介绍了驻极体式声传感器的基本性质和工作原理,采用目前国际上流行的超低功耗MSP430F149单片机作为微控制器,设计了一种超低功耗、便携式的驻极体式声传感器信号采集电路系统,对采集的声音信号进行了声音复现,并应用通信数据显示软件对声音复现波形进行了分析,复现的声音具有很好的保真性。该声音采集系统具有很好的可扩展性,对于不同变量,传感器信号的采集与处理具有一定的互换性和通用性。实验结果表明:系统休眠时平均功耗约为3.73 mW;写FLASH操作时功耗为137.25mW,满足了系统的低功耗要求。     

基于短时能量与LSTM的油井动液面深度研究

油井动液面深度计算一直是油田行业关注的重要课题,高效、准确地获取井下液面的动态深度信息对石油行业发展至关重要。为此,针对油井动液面的深度测算受环境噪声的影响而导致计算误差较大的问题,研究基于声波法的油井动液面深度估计与预测算法。通过设计改进型短时能量过零函数和三电中心削波函数,以及融合多渠道液面位置估计信息,获得动态液面的深度估计算法;将此法获得的液面位置和平均声速作为LSTM神经网络的输入,以及实测液面深度作为期望输出,获得可预测液面深度的预测模型。比较性的实验结果表明,所获液面深度计算算法较之短时能量和短时能量过零函数法,更能有效测算动液面深度;得到的预测模型能有效预测不同时段声波下的液面深度。     

基于多通道声发射检测系统的管道气体泄漏位置定位方法研究

为了自主开发基于声发射检测原理的管道气体泄漏位置定位系统,研制了基于四通道声发射检测系统的管道气体泄漏模拟实验装置。在测定声波沿管壁传播速度基础上开展了管道气体泄漏检测实验,通过改变声发射传感器与泄漏孔的在管道壁面的相对位置来模拟泄漏孔位置的变化。采用小波去噪和滑动平均滤波方法对所采集的泄漏信号进行了处理,利用互相关算法求取了各传感器之间的延迟时间,进而基于时间差提出了泄漏孔的定位算法。实验结果表明模拟管道上泄漏孔的定位结果相对误差低于4.0%,该系统对泄漏位置的定位精度满足行业标准和国家标准的要求。通过优化设计声发射信号的采样频率、管道材质、管道壁厚和传感器端面面积等能够进一步提高定位的准确度。     

光纤法珀腔声传感器理论与仿真分析研究

根据干涉原理,对基于低精细度法珀腔的光纤声传感器的敏感机理进行了理论分析,明确了采用单色光源工作时需要满足正交相位点和小信号的条件。采用ANSYS软件,对敏感声波的振膜进行了预应力振动模态和预应力谐响应有限元分析,仿真了在声波作用下振膜的振动特性,以及其频率响应特性。进一步分析了光纤法珀腔声传感器的灵敏度与材料、结构、光学、电学参量的关系,以及它的动态范围。     

基于单声学矢量传感器的最大能量动态声源波达方向跟踪算法

针对在空域非均匀噪声环境下目标定位跟踪问题,提出一种基于单声学矢量传感器的最大能量动态声源波达方向(DOA)跟踪算法.首先结合噪声协方差矩阵估计结果实现对传感器接收信号的预白化处理,进而确定加权参数值,提出一种加权参数固化的最大能量算法,从而在声压与振速域噪声功率比未知的条件下提高了DOA估计精度.在此基础上,利用最大能量定向估计子输出信息来构建运动目标的量测方程,并在容积Kalman滤波框架下实现对于动态声源的状态跟踪.理论分析与仿真结果验证了算法的可行性和有效性.