铁磁管道环境下极低频微弱磁场的分布及检测

极低频信号对金属管道、土壤等介质具有良好的穿透性能,可以应用于管道中的目标定位.实现这个目标包括2方面的内容:一是认识极低频磁场在管道环境下的分布;二是对接收的混有噪声的极低频信号进行检测与判决.其中极低频磁场的分布特性是信号检测、判决与系统设计的基础.首先建立了管道环境下极低频磁场的对称模型,推导了管道内外各层介质中极低频磁场的解析表达式并给出数值计算结果,通过ANSYS软件建模仿真进行验证.在此基础上,得到了接收天线上感应磁场随距离的变化曲线,通过对信号与噪声的比较,设计了接收系统的整体方案.针对接收信号的特性,选择最小二乘法进行实时检测和判决.通过分析核心判决统计量与归一化自相关系数的关系,采用深度叠接相加预处理技术,明显地改善了系统的接收效果,扩展了叠接相加法的应用范围.     

基于反相双峰指数模型的微弱瞬态极低频信号的估计与检测

在铁磁管道环境下,同频窄带噪声中的微弱瞬态极低频信号的估计与检测问题是管道机器人跟踪定位中最为重要的科学问题之一。为实现窄带噪声中的微弱瞬态信号的有效检测,分析了接收线圈在不同空间姿态下的信号特点,针对信号与窄带噪声相位上的区别以及信号包络的形态,建立了相位反相的双峰指数函数数学模型;应用非线性最小二乘估计,实现了该数学模型和真实信号之间的拟合;通过仿真和实验验证了该数学模型与真实信号的高度匹配性,并应用蒙特卡洛仿真分析了该模型参数估计的性能;使用所建立的数学模型,构建了平均功率检测器和瞬时最大功率检测器,通过分析比较极低频发射机在不同移动速度和接收信噪比条件下的检测性能,得出了两种检测器的特点和适用范围,并指出在现有工程背景下平均功率检测器的优势。实验证明,相位反相信息对同频窄带噪声中的信号检测非常重要,平均功率检测器在低信噪比条件下的检测性能良好。在信噪比为0.05 d B、虚警概率设为1%时,该检测器的检测概率达98.8%。     

油气管道中智能机器人跟踪定位关键技术综述

国民经济的持续快速发展对于油气供给提出了更大的需求。油气资源主要依靠管道进行运输,为保证管道运输安全可靠,需定期使用智能机器人对其进行检测。检测过程中要对智能机器人进行跟踪定位以确保知道管道内机器人的实时位置、状态,特别是发生故障如卡堵时的位置。油气管道通常为长距离管道,跟踪定位方式只能采用无缆或无线方式,其中极低频信号对于金属介质等具有良好穿透能力的特点特别适合于管道内智能机器人的跟踪定位。基于极低频磁技术的跟踪定位问题,本质上可以归纳为微弱磁信号的高分辨率探测和微弱瞬态磁信号的实时(快速)检测这两方面的问题。本文总结了油气管道中智能机器人的跟踪定位技术,介绍了国内外基于极低频技术的智能机器人跟踪定位装置;重点阐述了高分辨率磁传感器、微弱瞬态信号实时检测算法两项关键技术的研究现状,并介绍了基于极低频磁信号发射与接收的智能机器人跟踪定位系统的现有工作及未来展望。     

基于复参数估计的逆变器故障实时检测

逆变器故障主要表现为开关元件的不正常开通和关断.本文提出了一种基于复参数估计的逆变器实时状态监控方法.通过对逆变器输出电压信号的变换,得到逆变器输出电压信号的数字模型.利用复参数最小二乘估计方法获得了逆变器输出信号的基本正序对称分量和基本谱残差.提出了故障决策函数,通过观测故障决策函数值的跳跃变化,实现了逆变器的故障实时检测.仿真研究证明本文方法的有效性.     

基于随机共振的周期弱信号检测方法研究

实际工程中有很多被噪声淹没的信号需要检测,如航空发动机转子振动信号,滚动轴承与齿轮故障信号等。这些待测信号的检测准确度直接影响了工程技术的可靠性。随机共振是一种新型的信号检测方法,通过噪声刺激和系统参数刺激可实现系统共振的产生,从而将噪声的部分能量转移给信号,实现信号检测。根据齿轮均匀磨损后引起的低频振动信号与正弦信号十分接近的特征信息,本文取正弦信号模拟齿轮故障振动信号,以MATLAB为仿真平台,研究强噪声背景下的周期故障信号随机共振检测方法,为随机共振检测方法在故障检测领域的进一步应用奠定了基础。     

电域自适应中红外激光甲烷传感系统

为了抑制甲烷传感器中统计特性无法预知的电学噪声,本文结合递归最小二乘自适应去噪算法和直接吸收光谱技术,使用中心波长为3 291nm的带间级联激光器和多反射吸收气室,研制了一种电域自适应中红外甲烷传感器系统。在传统探测器输出信号(称为信号通道)的基础上,增加了激光器电流驱动器的反馈信号作为噪声通道来感知电学噪声。利用MATLAB软件对最小二乘法在直接吸收光谱技术中的滤波效果进行了仿真。通过在激光器驱动信号中施加不同的噪声,实验验证了最小二乘法的去噪效果。针对该传感器的Allan标准差结果表明,当不使用自适应最小二乘法时,系统在积分时间为6s的检测下限为78.8nL/L;使用RLS自适应算法时,系统的检测下限为43.9nL/L。相比基于传统传感结构和滤波方法的中红外直接吸收光谱传感器,本文所报道的中红外甲烷传感器由于采用了电域自适应滤波方法,因而呈现出更好的抗干扰性和稳定性。     

基于声检测的管道内检测器定位系统

管道内检测器是保证管道安全运营的重要工具,定位系统则用来确定管道中的内检测器位置.定位系统基于对声信号检测原理,采用三路信号采集和存储系统.针对硬件系统的非线性相位时延,本文设计了具有线性相位时延的FIR软件滤波系统,并应用互功率谱相位法计算三路信号相对时延,根据几何关系,得到内检测器位置.通过实脸验证了系统的定位作用...     

管道机器人视频采集及监控系统设计

针对管道机器人的工作特点,提出了一种管道机器人视频监控系统。系统采用光纤传输视频和数据的复合信号,利用视频光端机进行信号的复合和分离,基于DirectShow框架开发视频采集系统,通过Modbus协议完成主机与管道机器人的数据通信,从而实现了管道内部视频图像的实时采集和管道机器人的实时监控。     

新型极低频信号遥测系统的研制

针对钻井勘探系统自身特点和极低频理论的要求,设计了一种基于极低频信号技术的遥测系统,并重点介绍了其中接收机部分的结构与实现方法.试验表明,所研制的新型极氏频信号遥测系统性能好、可靠性高,具有良好的工程应用价值.     

基于虚拟仪器的板形模式识别系统研究

介绍了气动板形检测辊的板形信号检测原理,详细阐述了普通多项式最小二乘法、正交多项式最小二乘法和基于欧氏距离的模糊模式识别法,利用虚拟仪器LabVIEW软件开发了基于上述三种方法的板形模式识别系统。通过气动板形仪在线测试了300型可逆冷轧机板形张力信号,并对张力信号进行了模式识别。实验表明：该板形模式识别系统具有良好的稳定性和有效性,良好的图形交互界面和实时测试性能为板形闭环控制提供了方便。     

Leak detection monitoring system of long distance oil pipeline based on dynamic pressure transmitter

A dynamic pressure transmitter (DPT) is designed in this paper for long distance oil and gas pipeline, of which the design principle and main performance indices are introduced. A novel leak detection monitoring system (LDMS) of long distance oil pipeline based on DPT is designed, and the detection principle and system composition are specified. Dynamic pressure signals along the pipeline can be obtained by the DPT, and then the pipeline leak can be detected by extracting the wavelet packet entropy (WPE) of the signals. The WPE signal feature extraction method for judgment of pipeline leak is explored and developed. In addition, the influence of the wavelet basis and calculating window width on the identification performance of the WPE are further discussed. The application examples show that the DPT has higher detection sensitivity and leak resolution than the traditional pressure transmitter. The system can identify the pipeline leak correctly and reduce false alarm rate effectively. It can also improve detection sensitivity and localization accuracy. The system can correctly detect leaks with a rate of 96.7% and the greatest localization error is 101 m.     

双谱在城市地下燃气管道泄漏检测中的应用研究

由于城市地下燃气管网压力较低,环境噪声复杂,泄漏信号微弱,使得泄漏信号难以利用基于二阶累积量理论的信号处理手段检测到。本文根据双谱理论,利用双谱对高斯有色噪声的有效压制及其保留相位的独特性质,将其应用于低压燃气管道泄漏检测,建立了检测系统模型。利用直接法估算双谱值并给出相应的判断准则。在试验室现有条件下,按照国家标准铺设了一段40m长埋地管道进行泄漏试验。通过试验验证,该方法在中低压管道泄漏检测中有着较好的准确性。     

基于驰振的压电能量采集器建模与实验研究

针对低信噪比环境下核电站松动件的检测,以降低误报率、漏报率为目标,提出了一种基于盲解卷积算法的松动部件冲击响应提取方法,并进一步结合支持向量机分类辨识算法,给出了一种低信噪比环境下核电站松动部件检测方法。利用叠加实堆背景噪声的平板钢球跌落实验数据开展了报警研究,并对盲解卷积算法进行了参数优化设计。结果表明：优化后的盲解卷积算法能够很好地恢复出信噪比低至-20dB的冲击响应信号,并使噪声能量降低了75%,有效抑制了噪声;给出的松动部件检测方法在信噪比低至-14dB时,仍具有极低的漏报率,并且噪声误报率和脉冲干扰误报率为零,因而具有良好的抗误报、抗漏报能力。     

基于驰振的压电能量采集器建模与实验研究

在压电能量采集器分布参数模型的基础上,对驰振作用下悬臂式压电能量采集器的振动和能量采集情况作进一步理论分析,得到质量块起振风速以及从起振到驰振过程中所采集到功率的解析解。利用直流式闭口低速风洞分别对正三棱柱、正四棱柱悬臂式压电能量采集器进行实验测试,结果表明,正四棱柱能量采集器和正三棱柱能量采集器的采集功率分别达到0.248 5 mW和0.125 9 mW。通过对采集功率和电压时程曲线进行对比,其理论解和实验值吻合程度较高,理论模型具有较高精度。通过理论模型分析发现：风速越大,质量块质量越小,能量采集器采集功率越高;对于不同条件下的能量采集器均存在最优外载阻值,低风速下还会出现双最优外载阻值。     

能量检测法在确定信道下的性能仿真

针对认知无线电通信系统中基于能量检测的频谱感知方法，分析了基于能量检测法的高斯和瑞利信道下的检测概率和虚警概率，进行了MATLAB仿真，得到了理论和仿真曲线，结果表明能量检测法在确知噪声的情况下是一种有效频谱感知方法。     

基于迭代距离分类与轨迹关联检测空间弱小目标

为了实现高效自动目标检测,提出了一种可用于低信噪比条件下的空间可见光弱小目标检测算法。首先,建立空间光学图像模型,利用恒虚警率(CFAR)方法确定分割系数对单帧图像背景进行分割;然后,基于恒星结构稳定特性构建距离特征空间,并针对特征空间构造分类准则函数,使用迭代最优化分类方法提取出候选目标点;最后,依据目标运动轨迹的连续性建立空间目标轨迹关联、合并以及虚假目标轨迹删除规则,进行轨迹处理,实现空间可见光弱小目标的检测。文中还提出了单帧检测率、虚警率与序列检测率、虚警率相结合的评价方法。实验结果表明:在低信噪比条件下(SNR≤3),得到的序列检测率达到96.02%以上,序列虚警率达到4.4%以下。该方法在低信噪比条件下显著提高了目标检测率,并有效抑制了虚警。     

天基红外图像的点目标检测

为了研究地球同步轨道卫星红外扫描相机图像星上处理技术,分析了美国国防支援计划(DSP)卫星Phase-Ⅱ阶段和改进后的星上信息处理机的基本处理流程,提出了一种适用于星上工作环境的红外扫描图像点目标检测双通道滤波方法。首先,采用均值滤波抑制背景,对背景去除后的残差图像进行自适应门限探测;在门限滤波的同时,采用峰值判别算法对峰值数据进行检波以降低自适应门限滤波产生的虚警;最后,采用融合算法对超过门限的图像及峰值检波图像的双通道数据进行目标确认。该算法在保证高目标检测率的同时降低了虚警率,简单可行且利于硬件实时实现。实验结果表明,当目标信噪比6时,检测概率可达99.3%(虚警率为1.3×10-3);算法实时性分析表明,处理器主频为200MHz时,算法处理能力为56.45Mb/s,满足天基信息处理要求。     

伺服电机控制系统中的电流检测硬件设计

现有的电流检测技术,大多采用模拟信号检测电流,存在保密性差、抗干扰能力弱等缺点,针对此现象设计了一种以DSP2808为核心的电流检测系统,采用闭环式霍尔电流传感器采集电机的电流信号,将检测到的电流信号按1：2000比例输出模拟信号,并将此模拟信号通过A／D转换器转换成数字信号,让数字信号隔离后传递给DSP来实现实时的电流检测。该电流检测系统经实验测试结果表明,具有高精度、误差小、噪声小、传输距离远等特点。