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城镇地下燃气管网泄漏检测系统及其算法研究
作 者: 乔晓崴
导 师: 王宝光
学 校: 天津大学
专 业: 测试计量技术及仪器
关键词: 城市地下燃气管网 泄漏检测 泄漏定位 小波 高阶统计量 广义互相关
分类号: TU996
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
下 载: 145次
引 用: 2次
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内容摘要
作为一种清洁,高效的绿色能源,天然气日益受到世界各国的青睐。管道作为天然气资源的主要输送手段,其安全性也就显得尤为重要。特别是城市地下燃气管网的泄漏事故,不仅会导致巨大财产损失,同时也存在造成人员伤亡潜在危险。随着城市燃气管网的飞速发展,寻求一种准确、快速的检测和定位手段势在必行。目前市场上的燃气管道泄漏检测手段比较丰富,但真正适合城市燃气管道的检测设备仍然非常有限。本文按照国家城市燃气管网铺设标准,在某闲置工厂内,搭建了一套模拟埋地管道泄漏的实验平台,并在此平台基础上,利用声发射、小波、高阶统计量及广义相关理论,研究了泄漏检测和定位的算法。论文的主要内容如下:1.按照国家标准,铺设了一条36m长钢制管线,其中直管线30m,过弯头管道6m,模拟实际燃气管道;2.根据压电式加速度传感器特点,搭建了后续的信号放大、滤波电路,并利用LabVIEW虚拟仪器技术实现数据的采集和信号处理;3.利用小波变换工具对信号进行去噪声处理;根据db4小波分析实际的噪声和泄漏数据,对各分解层次利用长对数阈值进行阈值估计,并用软阈值方式作用此阈值;4.利用高阶统计量(三阶累计量及双谱)对泄漏和噪声信号进行高斯性分析,完善了泄漏判断算法,并通过大量试验证明了该方法在平稳噪声环境下的有效性,检测准确率达97%以上;5.利用广义互相关法实现对泄漏信号的定位分析,实验结果表明,在检测距离为30m、压力为0.05~0.25MPa的情况下,定位绝对误差小于1m。
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全文目录
摘要 3-4 ABSTRACT 4-7 第一章 绪论 7-15 1.1 课题背景 7-8 1.2 城市地下燃气管网泄漏原因与运行情况 8-9 1.3 燃气管网泄漏监测与检测系统应用与研究现状 9-12 1.4 国内外基于声学技术泄漏检测技术研究现状 12-13 1.5 市场上比较成熟的基于声学气体管道泄漏检测系统 13-14 1.6 课题的主要工作及初步成果 14-15 第二章 基于声发射泄漏检测原理的系统设计 15-28 2.1 管外检测的基于声发射的测试系统基本原理 15 2.2 系统的搭建 15-24 2.2.1 传感器的选择 17-20 2.2.2 传感器的安装方式 20-22 2.2.3 传感器输出信号的电荷放大与电压放大,滤波部分 22-24 2.3 以计算机为核心的虚拟仪器系统 24-28 2.3.1 数据采集卡的选择 24-25 2.3.2 PC-DAQ 虚拟仪器系统实现数据采集及简单的信号处理 25-28 第三章 基于小波变换的泄漏信号预处理的研究 28-38 3.1 小波变换基础 28-32 3.2 小波变换用于信号降噪的原理 32-34 3.3 小波变换对噪声和泄漏信号的处理 34-38 第四章 燃气管道泄漏判断技术研究 38-55 4.1 随机信号处理基础 38-40 4.2 燃气管道泄漏信号的时域分析 40-43 4.2.1 压力和传感器距离对泄漏信号的影响 40-42 4.2.2 传播距离对泄漏信号强度的影响 42-43 4.3 燃气管道泄漏信号的频域分析 43-55 4.3.1 高阶统计量定义 44-45 4.3.2 高阶累积量和双谱主要性质 45-47 4.3.3 双谱的估计算法 47-48 4.3.4 燃气管道泄漏信号的高阶统计量分析 48-51 4.3.5 利用高阶累积量和双谱特征的泄漏检测算法实现 51-55 第五章 燃气管道泄漏定位技术研究 55-60 5.1 两点泄漏检测系统模型 55-57 5.2 利用广义互相关对泄漏信号定位的分析 57-60 第六章 总结与展望 60-61 参考文献 61-63 发表论文和参加科研情况说明 63-64 致谢 64
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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 市政工程 > 城市燃气供应
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