不同方向的气体管道泄漏声发射信号模态特性分析

针对泄漏声发射信号多模态、频散及衰减特性导致泄漏定位误差大的问题,采用导波分析理论和壳体振动理论研究不同方向的泄漏信号的模态特性,通过选取最佳数据采集方向来减少泄漏定位误差。利用壳体振动理论分析管内气体与管壁之间的声学耦合作用,据此选择合适的导波分析模型来研究不同方向的泄漏声发射信号的模态类型、频散及衰减特性。通过实验证实了理论分析,研究结果表明,管道轴向声发射信号的主导模态为纵向模态,且轴向声发射信号表现出最弱的频散和衰减特性,这将为气体管道泄漏声发射信号中单一非频散模态提取提供新的思路。     

基于改进经验小波变换及互谱相位差谱的供水管道泄漏声振动定位方法

针对供水管道泄漏声振动信号的信噪比较低导致用于时延估计泄漏定位误差大的问题,提出基于改进经验小波变换及互谱相位差谱的供水管道泄漏定位方法。首先采用小波包分解得到不同尺度的信号能量谱,根据小波包能量谱局部极小值的分布自适应确定频带分割区间,解决了传统经验小波变换中频谱划分问题;然后基于频带分割区间构建正交小波滤波器组对信号进行经验小波变换分解得到多个分量,根据相关系数选取有效分量,同时利用有效分量的互谱相位差谱呈水平变化的频带对有效分量信号进行带通滤波,滤除干扰噪声;最后对滤波后的信号进行互相关时延估计来确定泄漏位置。仿真及实验结果表明,该方法能够有效的实现供水管道泄漏定位,并与互相关、VMD与互谱分析相结合的泄漏定位方法相比,平均相对定位误差分别减少6.7倍和1.5倍。     

基于广义互相关的供水管道泄漏振动信号时延估计器性能研究

针对供水管道泄漏振动信号低信噪比下时延估计器性能差的问题,利用仿真分析与实验验证相结合的方法,对互相关(CC),脉冲响应(ROTH)、平滑相干变换(SCOT)、维纳(WIENER)、相位变换(PHAT)和最大似然(ML)这6种时延估计器在供水管网泄漏声振动信号下的性能进行研究。首先,在不同噪声类型下分别研究了6种时延估计器随着信噪比的变化规律;然后,分析了不同信噪比下时延计器的噪声抑制性能;最后,将6种时延估计器应用于供水管道泄漏定位实验中,分析不同时延估计器产生的泄漏定位相对误差来比较他们的噪声抑制性能。仿真分析和实验验证表明,SCOT时延估计器在噪声抑制方面性能最优,基于SCOT时延估计器的供水管道泄漏平均相对定位误差为3.48%,Wiener时延估计器性能最差,平均相对定位误差为18.23%。     

基于VMD和互谱分析的供水管道泄漏定位方法

针对低信噪比(SNR)下的供水管道泄漏振动信号用于时延估计泄漏定位误差大的问题,提出基于变分模态分解(VMD)和互谱分析结合的供水管道泄漏定位方法。首先,利用VMD将管道泄漏信号分解为若干个本征模态函数(IMF),对供水管道泄漏信号进行互谱分析确定特征频带;然后,利用IMF分量在特征频带内的能量比例作为选取准则来确定有效IMF分量,并对选取的有效IMF分量进行重构;最后,对重构信号进行时延估计来确定泄漏点位置。为了验证所提泄漏定位算法的有效性,通过仿真和实验分别对互谱与VMD结合、互相关及VMD与相关系数结合3种方法进行研究。实验结果表明,以上3种定位算法的平均相对定位误差分别为2. 53%,8. 62%和16. 86%。