数字输出管道检漏压电传感器的设计

设计了一种用于检测供水管道泄漏声音信号的压电传感器,进行了传感器的选型、硬件电路的设计和各部分软件的设计。根据泄漏检测定位的需要,系统具有信号调理、数据采集和存储、日历时钟电路、USB通信等功能,具备低功耗、存储容量大的特点,为以后泄漏检测定位的信号处理工作提供了必要的数据依据。     

供水管道泄漏定位中基于互谱的时延估计

供水管道泄漏时产生泄漏声波，根据泄漏声波到达安装在管道上的2个传感器的时间差可以估计泄漏位置。减小时延估计的方差必须对信号滤波以提高信噪比，但泄漏信号所在的频带是不能预先确知的。互谱相位谱和相干函数在频域上反映了2个信号的相关性，根据它们估计泄漏信号的频带、设定滤波器截止频率，在较低信噪比的情况下提高滤波效果及检测结果的置信度。实际检测结果表明，该方法减小了泄漏定位的误差。     

供水管道泄漏定位检测系统设计

针对供水管道泄漏时的信号比较微弱且混有大量噪声问题,研究设计一款可操作性强的管道泄漏定位检测系统。系统以STM32单片机为核心,主要包括放大模块、滤波模块、数据采集及传输模块的设计,并利用Lab VIEW虚拟仪器中相关分析模块设计泄漏检测定位软件系统。实验结果表明:该系统泄漏定位准确度高、实时性强,能够满足实际工程需要。     

基于Φ-OTDR技术的城市地下供水管网主干线泄漏检测与定位

为解决城市地下供水管网水泄漏无法检测及定位的问题,提出基于相位敏感的光时域反射仪Φ-OTDR技术的水声泄漏检测技术。该技术作为一种分布式光纤振动传感器,具有多点探测、灵敏度高、结构简单、低成本等先天优势,应用于城市地下供水管道的实时监测,具有很好的发展前景。本文搭建供水管道水泄漏的模拟实验平台,通过分析泄漏信号的特征频谱分量,排除现场实验环境中其他干扰因素的影响,实现对水泄漏信号的识别,分离与定位,并得到了较高的信噪比。理论分析和现场模拟实验表明,Φ-OTDR技术可以应用于城市地下供水管网漏水事件的监测与定位。     

采用余弦调制滤波器组泄漏检信号处理研究

供水管道泄漏检测定位中,定位的不确定度由检测信号的信噪比决定,抑制噪声干扰,提高信噪比,是提高泄漏检测定位精度的关键。在充分分析泄漏信号特征的基础上,提出将改进的余弦调制滤波器组用于泄漏检测信号的噪声抑制。该方法利用分析滤波器组将信号分解为若干个带宽相同的子带信号,然后选择有效子带,再通过综合滤波器组将有效子带信号合成。该方法是一种不需要泄漏信号和噪声先验知识的自适应信号处理方法,能够有效抑制噪声,由于余弦调制滤波器分解的特性,即使泄漏信号处于不同频率段时,噪声抑制效果基本相同,处理后信噪比较处理前平均提高8 d B左右。实际工程应用验证表明,该方法去噪处理后的定位结果优于现有各种噪声抑制/信号增强方法的结果。     

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。     

基于传感器副的压力管道泄漏定位研究

针对压力管道泄漏点定位问题,阐述了基于双传感器的相关定位算法,表明定位精度与时延、两个传感器之间距离和信号在管道上传播速度等有关.在高信噪比情况下,指出波速和距离对管道泄漏点定位精度是关键的.提出了一种基于传感器副的压力管道泄漏定位新方法.利用同一传感器副内传感器距离精度高的优点,由传感器副来确定管道泄漏时信号在管道中传播速度,测得速度精度要优于公式法和冲击法,最终提高了定位精度.对泄漏点进行了多次试验,试验结果表明:该方法可以提高泄漏点定位精度,定位精度为传感器副之间距离的3％以内.     

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。     

基于超声波传感器的泄漏检测仪的设计

由于传统的气体泄漏检测手段存在成本高等缺陷,设计了一种基于超声波传感器的泄漏检测仪。系统以嵌入式微处理器为核心控制器,主要设计了信号采集电路、信号处理电路和数据传输电路等。该超声波泄漏检测仪能检测破损管道泄漏出的超声波信号,并将数据传输到上位机进行快速傅里叶(FFT)变换,最后在上位机上实时显示监测结果。试验结果表明,该超声波泄漏仪具有操作简单、成本低、检测精度高等优点。     

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%。