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。     

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。     

基于小波包熵与Gabor小波变换的管道连续型泄漏源定位

针对压力管道泄漏声发射信号的含有高频噪声、多模态以及频散现象,影响对泄漏源定位精度的问题。研究了一种基于Gabor小波变换与小波包熵值降噪相结合的方法对泄漏源进行定位。首先对采集的泄漏信号进行小波包熵值降噪以滤除背景噪声,其次对降噪后的信号进行Gabor小波变换获得其在特定频率下的时间-频率空间分布,确定不同模态信号到达同一个传感器的时间差,并结合压力管道的频散曲线特性确定该频率下不同模态的群速度,最终实现对管道泄漏源的精确定位。     

基于EWT及互时频的天然气管道泄漏定位

针对天然气管道泄漏定位的问题,提出一种基于经验小波变换(EWT)及互时频的泄漏定位方法。该方法首先采用EWT对泄漏信号进行分解,获得多个分量,进而提出根据互信息的敏感分量自适应选择算法,获取敏感分量;然后采用互时频法对敏感分量进行时频分析,根据互时频图的最大特征峰值计算时延和相关频率;最后根据频散曲线获得相关声波速度,实现对天然气管道泄漏点定位。实验结果表明,该方法能够实现管道泄漏点定位,与基于EMD的互时频法相比,定位精度明显提高。     

声发射检测信号分析及源定位方法研究

文中设计了一种可弱化噪声干扰和频散效应的定位算法,采用变分模态分解方法将声发射信号分解为若干个不同频带宽度的模态函数,并通过合并含有主要能量成分的模态函数获得声发射源信号的主要成分,最后采用互相关分析方法确定声源位置。实验结果表明,文中所提算法对声发射源定位是有效的、精确的,在一维和二维AE源定位实验中,文中所提方法综合定位误差在5%以内。     

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。     

基于模态分析和小波变换的声发射源定位新算法研究

针对传统声发射源定位中，声发射信号到达传感器的时间受设定门槛电压影响很大，导致声发射源定位效果较差，提出了一种声发射源定位新方法。根据模态声发射理论，携带声发射源信息的声发射信号在结构中传播过程中，具有频散现象和多模态特性。因此，声发射源定位应基于同一频率下、同一模态导波到达各个传感器的时间和传播速度。通过对声发射信号进行Gabor小波变换的方法，在时频空间内确定某一频率下某一模态导波到达传感器的时间；并通过数值计算得到该频率处模态导波的群速度，从而实现声发射源的准确定位。通过薄板中声发射线源定位试验，证明了该定位算法的有效性。     

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%。     

基于小波包和HHT变换的声发射信号分析方法

针对声发射管道泄漏检测过程中的噪声干扰问题,对基于小波包和经验模态分解(EMD)的声发射信号处理方法进行了研究.采用小波包分解算法和经验模态分解都可以对管道泄漏声发射信号进行分解,但分解结果却存在一定区别.EMD是近年来非平稳信号分析领域的一个突破,对管道泄漏声发射信号进行EMD分解后,选择包含声发射特征的若干固有模式函数(IMF分量)进行重构,可以提取到管道泄漏声发射信号的本质特征,消除噪声信号的干扰.相对小波包分解方法而言,对根据IMF分量重构的声发射信号进行相关分析计算,得到的管道泄漏点的位置更为精确.     

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.     

Prediction method of ball valve internal leakage rate based on acoustic emission technology

Valves on natural gas transmission pipelines are prone to internal leakage due to the influence of environment, transportation medium, misoperation and other factors. Therefore, timely and accurate detection of valve internal leakage is of great significance to the safe operation of the pipelines. As a non-destructive testing method, acoustic emission (AE) technology can be used for online detection of internal leakage of valve. In order to improve the accuracy of AE technology for detecting valve internal leakage, a ball valve internal leakage detection method based on acoustic emission technology is proposed. Firstly, the AE signal generated by the internal leakage of the ball valve is detected by AE sensor, and the AE signal is denoised by wavelet packet threshold denoising. Secondly, the characteristic parameters with high correlation with the internal leakage rate of the ball valve are selected by using the correlation coefficient method to form the sample feature set. Finally, the mathematical model between the internal leakage rate of the ball valve and the characteristic parameters is established by using the sparrow search algorithm to optimize the backpropagation neural network, and to predict the internal leakage rate of the ball valve. An experimental platform is built to verify that the proposed method can predict the internal leakage rate of the ball valve more accurately. It provides strong technical support for the safe operation of natural gas transmission pipelines.     

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。     

天然气管道球阀内漏发声机理及检测试验

球阀作为高压天然气输送管道的主要设备,其内漏时的喷流气体会产生声发射信号,通过研究该声发射信号特征规律将有助于阀门内漏流量量化检测。针对这一问题,进行了天然气输送管道球阀内漏发声机理和检测试验研究,分析了阀门内漏声发射现象产生的机理和内漏流量检测评价方法。在此基础上,应用声发射检测系统对3种不同尺寸内漏球阀进行了检测试验,通过试验分析了球阀在不同内漏流量下的声发射信号频谱特征分布规律,并采用小波包分析方法进行信号特征参数(信息熵、均方根、频域峰值)提取。拟合特征参数与内漏流量关系曲线,采用R~2(确定系数)指标对曲线拟合程度进行评价,评价结果表明,采用均方根值(root mean square,简称RMS)的曲线拟合程度最高(R2为0.979),可以用于天然气输送管道球阀内漏流量的量化检测。     

气体管道泄漏声源特性声发射试验研究

对气体管道泄漏孔处声源进行了声发射检测试验,分析了气体泄漏产生声发射的原因,通过对不同泄漏孔直径、不同泄漏内压情况下的声发射信号处理与分析,得出气体管道泄漏声源的频率范围及幅度随管道内部压力、泄漏孔径的变化影响规律,并与管道气体泄漏的数值模拟结果进行了对比分析,试验研究结果为气体管道泄漏声发射检测提供依据。     

基于盲系统辨识的供水管网泄漏定位系统研究

管道长度作为已知参量是传统时延估计泄漏定位方法应用的前提,针对实际应用中长度较难测量或不能获得的情况,采用盲系统辨识方法估计泄漏信号传播信道响应函数,并从中提取源信号从漏点传播到采集点的时间信息,从而不依赖管道长度定位漏点.盲辨识中,采用overlap-save和相关函数配准原理构建代价函数,解决高阶信道估计和信道间的病态问题;采用遗传算法对多目标函数进行全局最优化,避免梯度算法收敛陷入局部最小点.基于虚拟仪器技术构建了整个定位系统,实现信号采集、存储、处理及检测信息显示等功能.应用表明,系统解决了管道长度未知情况下的漏点定位问题.