非泄漏固定声源干扰下的管网泄漏定位技术研究

实际管网泄漏检测环境中,管内外非泄漏固定噪声(如施工、管道阀门噪声等)叠加在管道泄漏声信号中,传感观测信号间的互相关函数中有多个相关峰值,若不能正确识别峰值来自泄漏还是非泄漏声源,将导致漏点定位错误。以两传感观测信号的自相关函数构建非泄漏和泄漏信号特征提取函数,通过特征提取函数识别出管道传播媒质对两类信号的衰减特征信息,该衰减特征结合互相关函数的相关峰值时延信息,识别出峰值来自泄漏还是非泄漏声源。实际定位应用表明,在管内外非泄漏固定噪声干扰下,漏点定位误差在1 m以内,突破了传统基于时延估计的泄漏定位技术及仪器需要在夜间,或人为关闭某些管道阀门、支路等安静环境下,通过回避干扰噪声才能进行定位的限制。     

自适应供水管网泄漏检测定位仪器系统

介绍了一种供水管网泄漏检测及漏点定位的仪器系统检测原理及基本系统构成。系统针对泄漏信号特征因管道材质、内径、管内压力及流量的不同而各异的情况，以及检测现场不可避免的各种突发干扰噪声，采用自适应信号处理技术结合小波分析方法，估计时间延迟检测定位漏点。仪器系统由主机、多个数据采集单元和内装IC电路的加速度传感器组成，基于虚拟仪器技术构建，软硬件结合，实现信号的采集、存储和传输、信号处理及检测信息的显示。     

基于核函数的二阶盲辨识的单通道信号盲分离方法研究

调整权值的二阶盲辨识(WASOBI)算法已应用于故障诊断领域,但尚不能在欠定状态下对复合故障进行诊断。将该算法与核函数相结合实现了欠定盲源分离,并将其应用到复合故障诊断中。首先运用核函数将单通道信号构造为多维信号,并利用K-SVD源数估计方法估计出源信号个数,然后根据估计的结果重构出正定的观测信号矩阵,解决欠定问题,最后采用调整权值的二阶盲辨识算法将各故障源信号分离出来。仿真分析和实验结果表明,该方法能有效地解决欠定盲源分离问题,并使轴承各故障源信号分离,实现复合故障诊断。     

小波去噪在供水管网泄漏信号处理中的应用

当供水管网发生泄漏时,引发的管道振动信号沿管道向两端传播,通过压电式振动加速度传感器采集信号以及降噪处理,可实现漏点定位。对比传统的阈值去噪算法,文章综合了软阈值法和硬阈值法理论,提出一种新的改进阈值去噪算法;对仿真信号和实测泄漏信号进行降噪处理,与传统方法比较表明:改进后的阈值函数在信号的信噪比和均方根误差方面均有所提升。     

气体管道泄漏模态声发射时频定位方法

针对声发射信号频散特性导致基于时延估计的气体管道泄漏定位误差大的问题,提出一种基于模态声发射时频分析的泄漏定位方法。该方法采用平滑伪Wigner-Ville时频分布对两泄漏信号的互相关函数进行时频分析,利用互相关函数的时频谱可同时提取泄漏信号的时间延迟和与之对应的频率;然后根据泄漏声发射信号的主导模态的频散曲线即可确定该频率对应的声速,利用实时确定的声速和时间延迟并根据两传感器之间的距离即可确定泄漏点的位置。实验结果表明,采用时频分析的气体管道泄漏定位误差与互相关相比减少了6倍。所提出的模态声发射时频定位方法能有效抑制泄漏信号的频散,提高泄漏信号的相关性,从而更适合用于声发射管道泄漏定位。     

基于灰狼优化的埋地管道泄漏双波谱定位方法

为实现对埋地输气管道泄漏的高效准确定位,提出基于灰狼优化和双波谱估计的泄漏振动声源三维定位方法。 该方法 根据地面加速度传感器阵列的 P1 波、S 波混合信号模型构建双波谱函数,利用双波谱峰叠加特性进行双波速度匹配搜索以实 现波速估计,再将波速估计结果代入三维空间谱函数中进行泄漏三维定位。 将三维空间谱函数作为适应度函数,使用灰狼优化 算法代替三维空间谱网格搜索,实现对双波速度匹配和三维定位过程的优化。 实验证明,该方法可实现对泄漏振动声波在土介 质中的传播速度以及地下泄漏源位置的准确估计;与传统三维空间谱搜索方法相比,定位精度提高 25. 85% ,三维空间谱搜索耗 时减少 99. 95% 。     

改进LMD及高阶模糊度函数的管道泄漏定位

针对天然气管道泄漏定位的问题,提出一种基于改进局域均值分解(LMD)及高阶模糊度函数的时延估计方法。该方法首先采用改进的LMD对声发射信号进行分解,获得多个PF分量,进而提出根据K-L散度的PF分量自动选择算法,获取含有主要泄漏信息的PF分量,在此基础上,研究了基于高阶模糊度函数计算声发射信号的时频参数,并通过时频分析获取特征频率的到达时间差,最后结合泄漏产生的广义声发射信号的传播速度完成对天然气管道泄漏的定位。实验结果表明,提出的方法能够进行定位且精度较直接相关法明显提高。     

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。     

管道泄漏检测中的噪声自适应抑制

在供水管道泄漏检测中,干扰和环境噪声直接影响到泄漏检测的有效性和漏点定位的精度,因此有必要对检测信号进行噪声抑制,增强检测信号的信噪比,以保证可靠检测和准确定位.提出一种根据不同带宽信号与噪声自相关长度的差异,利用线性增强器和预测器分别自适应抑制检测信号中的窄带噪声和宽带噪声的方法.该方法不需要任何先验知识就可以自适应抑制与有用信号带宽不同的噪声,处理后数据的信噪比较处理前平均提高4 dB以上,对实际的泄漏检测信号处理后,使得定位误差平均减小0.3m以上,并且降低了误检率.     

气体管道泄漏声发射单一非频散模态定位

针对气体管道泄漏声发射信号的多模态、频散特性导致互相关泄漏定位误差大的问题,提出采用单一非频散模态提取的气体管道泄漏声发射定位方法。对检测信号的互谱加窗,并根据模态波数确定窗参数,可获得泄漏声发射信号的单一非频散模态导波的互谱。对单一非频散模态导波的互谱进行傅里叶反变换,得到泄漏声发射中单一非频散模态信号的互相关函数以及时延估计,就可以采用单一非频散模态声速,更准确计算出泄漏位置。对气体管道泄漏进行定位实验,相比用未经分解的泄漏声发射信号进行定位,由于声发射单一非频散模态信号的相关性增强,且选用的声速更准确,定位相对误差平均降低7%以上。这表明,通过提取泄漏信号互谱的单一非频散模态成分进行时延估计,可以提高泄漏检测的有效性和减小定位误差。     

Gas leak locating in steel pipe using wavelet transform and cross-correlation method

Pipelines leakage in power plant, petrochemical complexes, and refineries can lead to explosion, pollution, and severe physical damages, so precise and on time leak locating is very important. There are many techniques for detecting and locating the leakage. In this research, we represent the leak locating principle in pressurized gas pipelines by using acoustic emission theory. An algorithm for finding the location of continuous acoustic waves resulted from leakage is provided by MATLAB software. The used leak locating technique is a combination of wavelet transform, filtering, and cross-correlation methods. The resulted acoustic emission signals were analyzed into high and low frequencies by wavelet transform and available noises on them were omitted completely by filtering. Then de-noised acoustic emission signals were reconstructed. Time differences of de-noised waves were calculated precisely by using cross-correlation function. For studying the accuracy of used method, acoustic emission testing was done by continuous leakage source. The resulted signals of leakage were recorded by two acoustic sensors in two sides of leakage source, and time difference and leak location were calculated by using the algorithm. Several tests were done by changing sensor distance from leakage source and error percent of less than 3 % was resulted in leak locating that indicated high precision of used algorithm.     

Identification of acoustic wave propagation in a duct line and its application to detection of impact source location based on signal processing

For the detection of the impact location in a pipeline system, the correlation method has been the conventional method. For the application of the correlation method, the diameter of a duct should be small so that the acoustic wave inside the duct can propagate with nondispersive characteristics, in the form of, for example, a plane wave. This correlation method calculates the cross-correlation between acoustic waves measured at two acceleration sensors attached to a buried duct. It also gives information about the arrival time delay of an acoustic wave between two sensors. These arrival time delays are used for the estimation of the impact location. However, when the diameter of the duct is large, the acoustic waves inside the duct propagate with dispersive characteristics owing to the reflection of the acoustic wave off of the wall of the duct. This dispersive characteristic is related to the acoustic modes inside a duct. Therefore, the correlation method does not work correctly for the detection of the impact location. This paper proposes new methods of accurately measuring the arrival time delay between two sensors attached to duct line system. This method is based on the time-frequency analyses of the short time Fourier transform (STFT) and continuous wavelet transform (CWT). These methods can discriminate direct waves (non-dispersive waves) and reflective waves (dispersive waves) from the measured wave signals through the time-frequency analysis. The direct wave or the reflective wave is used to estimate the arrival time delay. This delay is used for the identification of the impact location. This systematic method can predict the impact location due to the impact forces of construction equipment with more accuracy than the correlation method.     

基于BP神经网络的管道泄漏声信号识别方法研究

针对城市供水管网泄漏检测需求,进行了泄漏声信号识别方法研究。分析了泄漏信号的时域、频域及波形特点,提取出可用于泄漏信号表征的20种特征参数;基于提取的泄漏声信号特征参数,构建了泄漏声信号BP神经网络识别系统;研究了神经网络结构(隐含节点数、传递函数、学习率)及输入参数的数量和种类对泄漏信号识别效果的影响,并优化出最佳的神经网络结构及输入参数。在以上研究基础上,利用优化后的神经网络对实验室及现场管道泄漏信号进行了交叉训练和识别,结果表明,提出的基于泄漏特征参数的神经网络系统具有较高的可靠性和普适性,可以很好地实现不同场景下泄漏信号的交叉识别,整体识别率达92.5%,为解决不同工况下泄漏信号识别做了有益的探索。     

Modal analysis of acoustic leak signal in pipelines using time-frequency analysis

It is important to analyze the propagation characteristics of guided waves in acoustic leak location in pipelines. In this paper, the acoustic leak signal is analyzed in the time-frequency domain. Based on the relation of time-frequency distribution of the acoustic leak signal and the dispersion curves of guided waves, the mode components of acoustic leak signals were obtained. The research can provide a guideline for the mode selection in pipeline leak location, and help improve the accuracy of leak location.     

基于稳态模型的气体管道泄漏定位方法的研究

基于管道中气体流动的稳态模型,根据对温度的处理方式,分别提出气体管道泄漏定位的等温定位法和变步长龙格-库塔法。通过实际气体管道泄漏的实验验证对模型法的应用场合进行了分析,并对两种方法的定位效果进行了对比。通过非等温天然气管道泄漏的仿真试验,对温差大小、气体特性估算的准确度和算法中模型的简化程度对定位效果的影响进行了研究。仿真研究表明,管道两端气体特性估算的准确程度决定了算法的定位精度,而算法中的管道模型可以进行适度的简化。此外,变步长的龙格-库塔法在非等温管道上的泄漏定位效果要优于等温定位法。     

基于导波理论的管道泄漏声发射定位新技术研究

由于泄漏声发射信号的多模态特性和在管道内传播过程中的频散特性,使得通过相关分析进行管道泄漏定位的效果很差。根据模态声发射理论,将圆管中导波传播理论应用于管道泄漏的声发射检测,建立了管道中泄漏声发射信号的多模态传播模型。利用管道中导波传播的频散特性,在提取单一模态导波基础上,提出了一种实用的声发射泄漏定位方法。 泄漏定位试验证明了该方法的有效性。     

基于超声的气体泄漏检测与定位技术在载人航天器中的应用

介绍了基于超声的气体泄漏检测与定位技术的基本原理;介绍了便携式超声检漏、无线超声自动检漏这两类已有设备的组成、工作原理及其在国际空间站、美国航天飞机上的应用情况.以此为参照,初步提出了一种可用于我国未来空间站建设的气体泄漏检测与定位方案.