基于时频分析和改进差分进化的多点泄漏定位方法

当管道同时发生多个泄漏点时,多个泄漏点的声波信号出现混叠,从而影响泄漏声信号的传播和衰减规律。在多点泄漏声波信号混叠的情况下,传统的泄漏定位方法无法对多个泄漏点进行有效定位。为此,提出了一种基于时频分析和改进差分进化的多点泄漏定位方法。由于变分模态分解(variational mode decomposing, VMD)的分解模态个数对特征提取有影响,因此采用能量函数估计分解模态个数,从而对VMD改进。然后采用改进VMD对多点泄漏声波信号进行处理。另外,通过时频分析(time-frequency analysis, TFA)估计多个泄漏点数量,从而得到多点泄漏的定位函数。差分进化(differential evolution, DE)算法易陷入局部最优,在进化后期收敛速度较慢,采用粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)算法提高DE的全局收敛速度,并通过改进的差分进化算法估计多个泄漏点的位置。在管道现场进行多点泄漏的模拟试验,试验结果表明该方法能够准确地估计多点泄漏位置,泄漏定位的最小误差为18 m。     

基于Symlets小波变换的燃气管道泄漏诊断方法

提出一种新的基于无线传感器网络的管道泄漏诊断方法,以解决现有管道泄露诊断方法存在的定位精度差、距离受限和实时性差的问题.该方法采用分布式数据融合技术,在源节点处利用Symlets小波变换提取包含泄漏特征的单模态声发射信号,消除噪声干扰及频散现象;在汇聚节点处根据信号幅值大小将泄漏点两侧的信号排列组合,利用互相关时差定位和加权平均原理获得泄漏点位置坐标.实验结果表明,基于无线传感器网络的新型管道泄露诊断方法可显著提高泄漏点定位精度,其定位误差小于5%.     

基于迭代递推的供水管道多泄漏点声定位方法

针对多泄漏点产生的声发射信号及环境噪声对供水管道泄漏定位的影响,进行供水管道多泄漏点声定位方法研究。发展了一种基于迭代递推的供水管道多泄漏点声定位方法,研究迭代递推中品质因数阈值、信噪比阈值、相位偏移量的寻优区间和泄漏相关时频点的判定阈值等参数选择对泄漏定位效果的影响,并优选出适合的参数值。在此基础上,进行供水管道多漏点检测实验;结果表明,该方法可以实现管道上多个泄漏检测和定位,且定位误差小于1 m。研究工作为实际供水管道多泄漏点检测及定位提供了可行的解决方案。     

90°弯管存在下的供水管道泄漏定位研究

90°弯管的存在会影响管道泄漏检测定位的性能,针对金属材质的管道,基于ANSYS平台分别以泄漏管和90°弯管为研究对象,利用数值方法对管道的流致振动进行计算和分析,在此基础上提出一种结合经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和样本熵的噪声抑制方法去除管道泄漏检测信号中的弯管噪声,以提高泄漏检测定位的精度。仿真分析及实验结果表明,EMD和样本熵结合去噪的方法能很好地抑制弯管噪声。     

基于EEMD和二次相关法的管道泄漏定位检测

针对当前管道泄漏信号噪声大、定位误差大的问题,提出一种提高定位精度的新方法.泄漏信号经过总体平均经验模态分解(EEMD)之后,可以得到不同尺度的固有模态函数(IMF)分量,这些分量与原信号的相关系数可以作为信号重构的主要依据.这种自适应的降噪方法,不仅提高了重构信号的信噪比,还有效去除了模态混叠的干扰.然后,利用二次相关运算对两路降噪后的泄漏信号进行延时估计,再根据泄漏定位模型计算泄漏位置.最后,采用直接相关方法、基于经验模态分解(EMD)的相关方法以及本文提出的EEMD相关数据处理方法,分别对同组实验数据进行处理,对比定位误差.实验结果表明,EEMD相关方法相比前两种方法,有效抑制了模态混叠,提高了定位精度.     

基于改进VMD和TWSVM的多点泄漏检测方法

针对管道同时发生多点泄漏时,各个泄漏点的声波信号相互叠加,影响泄漏声波传播规律,不能有效检测多点泄漏的问题,提出一种基于改进变分模态分解(variational mode decomposing, VMD)和双支持向量机(twin support vector machine, TWSVM)的多点泄漏检测方法。由于VMD的分解模态个数影响多点泄漏特征提取的效果,采用误差能量函数自适应选取VMD分解本征模态函数个数;将多点泄漏声波信号经改进VMD消噪并进行多点泄漏声波信号特征值提取,组成特征向量;将特征向量作为TWSVM的输入,进行多点泄漏识别。结果表明,所提出的多点泄漏检测方法能有效检测多点泄漏,多点泄漏检测准确率达到98.4%。     

基于声波衰减模型对液体管道泄漏位置的极大似然估计

传统声波衰减定位模型在实现定位前需要进行管道运行参数的确定以便计算衰减模型中涉及的参数。针对该问题提出一种新的传感器布置方式,即在泄漏点上下游均放置两个传感器,通过上(下)游两传感器之间实验信号幅值比值获取衰减参数。通过变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)这一信号处理方法对实验信号进行降噪,研究不同泄漏口径(3,6,8,10,12,15,20和27 mm)以及不同探测距离对泄漏信号的影响,最终借助极大似然估计(maximum likelihood estimation, MLE)法在衰减模型基础上进行泄漏定位。结果表明在不同泄漏口径以及不同传感器探测位置下,该方法可对泄漏进行有效定位,定位效果好于时差法且误差在15%以内。此外,敲击实验定位误差小于7%,佐证了该方法的有效性。     

混合干涉型分布式光纤天然气管道泄漏检测及定位方法研究

介绍了一种基于马赫-曾德尔和萨格纳克混合干涉仪原理的分布式光纤天然气管道泄漏检测系统.阐述了检测系统的检测原理及泄漏定位方法,在泄漏点距法拉第旋转镜为6 032m处进行了气体管道泄漏检测实验并重复做了20次试验,测试了传感光纤与泄漏点不同夹角对检测系统性能的影响.实验结果表明,该系统可以检测出管道内气体压力为0.3MPa、泄漏孔径为2.5mm的微小泄漏信号并进行定位,平均相对定位误差为1.29%.在40mm的管道外径下,传感光纤与泄漏点夹角在0～180°范围内,检测系统均能检测出泄漏信号并进行定位.     

基于EMD的高压燃气管道泄漏信号欠定盲分离方法

为能将城市高压燃气管道泄漏产生的应力波信号中混有多种干扰振动及噪声的有效泄漏信号与多源混合振动信号分离,提出基于EMD的泄漏信号欠定盲分离方法。对传感器采集的混合信号进行经验模态分解;对各固有模态函数归一化峭度特征进行分析,选取含主要泄漏信息的固有模态函数进行重构;构造由重构信号及观测信号组成的矩阵,用扩展联合对角化算法实现信号分离,以解决欠定情况下的盲分离问题。实验结果表明该方法能较好实现有效泄漏信号的提取。     

双谱在管道两点泄漏定位模型中的应用

在广义声发射检测理论和盲信号处理理论相结合的基础上,在假设两泄漏信号统计独立及检测噪声与信号统计独立的前提下,提出了一种基于双谱的管道两点泄漏定位方法,该方法在理论上可定位已经存在或正在发生的泄漏事故.依据该模型,按照独立信号双谱的特性,建立了两检测系统输出的自双谱和互双谱组成的方程组,巧妙地利用双谱域中的两条直线上的双谱值,推导了两泄漏点的定位理论公式.在双谱估计中,采用直接法和Han-ning-Poisson组合二维窗估计了观测序列的双谱值.在实验基础上,验证了该公式的正确性及该方法在工程上的可行性.实验结果表明:对于城市地下燃气管网,在0.01~0.09 MPa压力范围内,检测距离为28.6 m的情况下,定位绝对误差小于1.5 m.     

基于机器学习的在轨航天器泄漏源实时定位方法研究

该文章针对航天器在轨泄漏问题，提出了一种基于机器学习的泄漏源实时定位方法。该方法通过合理特征化泄漏在器壁中激发的弹性波信号，结合有限元仿真技术获得有效的训练数据，设计并实现了一种多层感知机网络模型，从而准确完成泄漏源与传感器间的距离信息估计，同时结合计算弹性波数据时空相关性得到的相对角度信息，可以快速稳定的获得泄漏源的空间位置。该方法仅采用一个布放在器壁上的压电阵列式传感器采集泄漏激发的弹性波数据，结构相对简单。试验结果表明，基于该文章设计的多层感知机模型，在1 m²试验板范围内该方法对泄漏源与阵列式传感器距离估计准确率为100%,最大定位误差为1.2 cm。     

基于BP神经网络原理的长输管道泄漏点定位及其实验研究

通过对压力梯度法的分析,发现管道泄漏点的定位精度取决于摩阻系数。而传统的摩阻系数确定方法并不适用于实际运行的泄漏管道。鉴于此,该文提出基于BP神经网络预测摩阻系数的泄漏点定位方法。该方法以泄漏点前后的平均流量分别作为BP网路的输入单元预测泄漏点前后的摩阻系数,之后利用压力梯度法求解泄漏点位置。通过管道泄漏的水力模型实验验证了BP神经网络预测摩阻系数的有效性以及该方法应用于管道泄漏点定位的合理性。     

泄漏声振动传播信道辨识及其在泄漏点定位中的应用

在基于声振动信号处理的传统泄漏定位方法中,已知振动信号在被测管道中的传播速度是该类方法的应用前提,但在实际检测中发现,该声速很难准确获知。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,从而不依赖泄漏信号传播速度定位漏点。盲辨识中,采用O verlap-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。应用表明,通过泄漏声振动传播信道辨识,在声速未知情况下,泄漏定位平均误差在1 m以内。     

支管流致噪声干扰下的复值域EFastICA管道泄漏声定位技术研究EI北大核心CSCD

供水管网存在大量分支接头,流体在分支接头的分流作用下产生支管流致噪声,并通过管道与泄漏声信号进行耦合。针对支管流致噪声存在下的供水管道泄漏定位问题。提出一种基于高效快速独立主成分分析(efficient fast independent component analysis,EFastICA)技术的复值域高效快速独立主成分分析(complex efficient fast independent component analysis,C-EFastICA)技术,该算法将时域瞬时线性EFastICA技术的代价函数、约束函数、迭代规则等有效地扩展到复数域,实现对含支管流致噪声的泄漏声信号分解处理。与其他主成分分析(independent component analysis,ICA)类算法固定选择非线性函数不同的是,C-EFastICA根据声信号的广义高斯性特征,自适应地选择非线性函数建立代价函数和迭代学习规则,使得算法对混合信号的分离程度更高。试验结果表明,泄漏信号和支管流致噪声均是超高斯信号,经C-EFastICA分解得到的源泄漏信号对漏点的定位相对误差低于12%,低于传统同类的C-FastICA技术。     

基于独立分量分析的多源冲击定位方法

结构健康监测中常用声发射信号进行声发射源的定位及特征描述。多个冲击事件发生时,声发射信号是多个信号的混叠,而且混合方式未知,这使利用声发射信号对冲击源进行定位变得非常困难。而近年来兴起的基于独立分量分析的盲源分离技术为解决这一难题提供了可能。本文采用基于信息极大化原理的反馈网络结构对同时作用在铝梁上的两个冲击事件产生的声发射混合信号进行分离,估计出各个源信号到达传感器的时延后,运用两点直线定位公式对两个冲击源进行定位。混合仿真实验验证了基于信息极大化原理的独立分量分析方法估计时延的有效性,铝梁上的两源冲击实验,进一步表明运用独立分量分析方法能较好的解决多冲击源定位问题。     

超高速撞击声发射信号在加筋壁板中传播的模态转换现象研究

为应对空间碎片对载人密封舱的撞击威胁,一种基于声发射的在轨感知系统被应用于载人密封舱,通过采集撞击产生的声发射信号,感知撞击事件并定位由此产生的气体泄漏源或潜在泄漏源。载人密封舱舱壁通常由周期性加筋板焊接而成,声发射信号在筋体处会发生复杂的散射现象。针对散射现象中的模态转换现象,采用数值仿真手段,研究了超高速撞击声发射信号所含各模态板波在筋体处的模态转换特性,结果表明:S0、A0、S2阶板波经过筋体后会分别部分转换为A0、S0、A1阶板波;A1阶板波经过筋体后会部分转换为S0阶板波。     

负压波与小波分析定位供热管道泄漏

该研究通过理论分析负压波在分支管网中的传播特性,探讨负压波方法在供热管道泄漏定位的可行性,并通过实验研究对负压波定位方法以及小波分析信号处理方法的可行性进行验证。当管道出现严重泄漏时,泄漏点的压力瞬间出现明显的压力下降,形成负压水击波在管道中传播。负压水击波在管道中的速度是固定的,因此,在管网中设置一定的高频压力传感器,捕捉到负压波传到各压力传感器的压力动态,再利用小波分析信号处理方法对检测到的负压波信号进行分析,可以得到负压波传播到各压力传感器的具体时间。再根据各检测点得到的时间进行计算,即可找到泄漏点的准确位置。为证实该方法的可行性,该研究利用现有管网进行试验,试验结果表明,若以压力变化延迟时间为指标,此定位方法能够对泄漏点有效定位,该研究中提出的压力信号处理方法可以将泄漏点的位置锁定在1 km范围内,显著提高漏点排查效率。     

基于相关分析法的供水管道漏点定位技术研究

管道泄漏检测与定位技术在供水管道安全生产中占有重要地位.文章主要依据负压波法,应用相关分析理论对供水管道进行泄漏检测和定位.对于所提取的泄漏信号中含有的大量噪声,可以通过滑动平均滤波、小波分析等方法对其进行去噪处理.实验结果表明:根据实际情况合理选择去噪方法,可以有效提高基于相关分析法的供水管道泄漏柃测与定位精度.     

改进的波束形成算法及其在多声源定位中的应用

为提高多点声源工况的定位精确度及简化设备,对传统波束形成算法进行改进。引入改进扫描中的扫描向量并结合遗传算法对求解域内的非线性方程组进行求解,从而提高定位精度。基于改进算法,在消声室内采用空间星型(Y型)传感器阵列对不同声源进行定位,并将结果与传统算法定位结果进行比较。由比较可见:当多个声源相距较近时,这些源等效于单一点源,两种算法定位结果基本一致;但当声源相互距离增大时,改进算法可以有效提高定位精度,并准确定位多个源的位置。     

双通道定位与盲分离结合的噪声分离方法

探索双通道定位算法与盲源分离相结合进行噪声分离的可能。根据双通道空间定位理论,以声音传播过程中在双通道间产生的延时差和强度差为线索对混合信号进行分离。当待分离的辐射噪声中存在时频混叠或同一位置多个源时,双通道定位分离算法能分离出不同位置处源信号,然后利用盲源分离方法对同一位置处的多个源信号进行再分离。在Roomsim中进行分离方案的可行性验证,假设房间六个壁能100%吸收所有频率信号,不存在反射与混响,对比分析声源位置及个数对分离结果的影响。结果表明,当源位置的个数不大于3时,双通道定位分离算法能有效分离出不同位置的声源信号,用盲源分离方法可进一步分离出相同位置处的不同源信号,但当源位置个数大于等于4时双通道定位分离算法的分离性能降低。