强噪声环境下管道泄露检测关键技术研究

发布时间：2022-07-15 13:37

　　使用管道进行流体输送是最为便捷和经济的运输手段,也是石油、天然气等重要能源的主要输送途径,所以管道流体输送的安全性也非常重要,受到管道管理部门的重视,这也直接推动管道泄漏检测技术的不断发展。管道泄漏检测技术涉及到传感器技术、信号处理技术、自动控制技术等多个领域和多个学科的综合,同时管道泄漏检测的方法也千差万别、各不相同,从最初的人工巡线发展到现在的远程实时监测,从手持巡检设备发展到人工智能和大数据处理。管道泄漏检测传感器一般都要安装在管道两端的增压站内,增压站要用到流体驱动装置（压缩泵或电机）给管道流体施加驱动力让流体在管道内流动,由于管道泄漏检测传感器容易受到管道流体驱动装置的噪声干扰,并且这种噪声的频率与管道泄漏噪声的频率混叠,用普通的滤波方法很难滤除,所以研究强噪声环境下泄漏信号的去噪技术也是管道泄漏检测技术的研究重点。首先,根据三镜腔（F-P）模型对激光自混合干涉（Self-mixing interference,SMI）模型进行分析,推导SMI的相位方程和功率方程,从理论上分析了自混合干涉信号与传统双光束干涉信号相比有相同的条纹分辨率;研究了光反馈因子、外部物体振动参数、多重... 

【文章页数】：104 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
创新点摘要
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 研究的目的与意义
    1.2 管道泄漏检测技术的研究现状及分析
        1.2.1 管道泄漏检测常用方法
        1.2.2 国内外研究现状
        1.2.3 声波法的研究现状及定位技术
        1.2.4 激光自混合干涉技术发展现状
    1.3 管道泄漏检测存在问题
    1.4 本文主要研究内容与结构安排
第二章 激光自混合干涉原理及振动重构方法
    2.1 引言
    2.2 基于三镜腔的激光自混合干涉理论模型
    2.3 对激光自混合干涉信号影响因素
        2.3.1 光反馈因子对自混合干涉信号的影响
        2.3.2 外部物体振动参数对自混合干涉信号的影响
        2.3.3 多重反馈对自混合干涉信号的影响
    2.4 激光自混合干涉振动重构方法
        2.4.1 基于条纹计数的激光自混合干涉振动重构方法
        2.4.2 基于相位解卷的激光自混合干涉振动重构方法
        2.4.3 基于主频阶次的激光自混合干涉振动参数提取算法
        2.4.4 基于相位调制的自混合干涉振动重构方法
    2.5 本章小结
第三章 基于自混合干涉的管壁振动检测技术研究
    3.1 基于局部最大值的跳变点检测算法
    3.2 基于相位解卷的自混合干涉的振动重构算法
    3.3 SMI振动传感器性能测试
        3.3.1 实验装置
        3.3.2 实验验证
    3.4 SMI振动传感器在管道泄漏检测中应用
        3.4.1 SMI振动传感器检测管道振动的有效性分析
        3.4.2 SMI振动传感器检测管道振动的线性度分析
        3.4.3 SMI振动传感器检测管道振动的频率响应分析
    3.5 本章小结
第四章 基于互信息的VMD算法研究及在信号去噪中的应用
    4.1 变模态分解涉及到相关的基础理论
        4.1.1 维纳滤波
        4.1.2 希尔伯特变换和解析信号
        4.1.3 频率混叠
    4.2 VMD原理
        4.2.1 本征模态函数
        4.2.2 变分模型
        4.2.3 变分模型的求解
    4.3 基于互信息的VMD的算法原理
    4.4 算法测试和性能分析
        4.4.1 算法测试
        4.4.2 算法性能分析
    4.5 基于互信息的VMD管道泄漏信号去噪
        4.5.1 管道内置声腔式声波传感器信号的滤波
        4.5.2 管壁自混合干涉传感器信号的滤波
    4.6 本章小结
第五章 强噪声环境下的管道泄漏信号检测技术研究
    5.1 引言
    5.2 管道泄漏检测模拟实验系统
        5.2.1 流体管道输送系统实验装置
        5.2.2 管道内置声腔声波传感器设计
        5.2.3 实验装置参数设置
    5.3 强噪声环境下管道泄漏检测技术
        5.3.1 强噪声环境的管道泄漏检测系统硬件结构
        5.3.2 强噪声环境下管道泄漏检测算法原理
    5.4 实验结果与分析
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士期间所参加的科研及发表论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进谱减法和MFCC的电机异常噪声识别方法[J]. 易子馗,谭建平,刘思思.  微特电机. 2017(02)
[2]Piece-wise transition detection algorithm for a self-mixing displacement sensor[J]. 黄贞,李成伟,孙晓刚.  Chinese Optics Letters. 2013(09)
[3]输气管道泄漏音波信号传播特性及预测模型[J]. 孟令雅,付俊涛,李玉星,刘翠伟,刘光晓.  中国石油大学学报(自然科学版). 2013(02)
[4]用于光电仪器和相关测量的自混合干涉技术(特邀)[J]. DONATI Silvano,王昭,禹延光.  中国光学. 2012(02)
[5]消偏型Sagnac光纤管道泄漏检测系统及其稳定性研究[J]. 何存富,郑兴强,骆建伟,杭利军,吴斌.  中国激光. 2012(02)
[6]基于Duffing振子的天然气管道泄漏检测方法[J]. 杨红英,葛传虎,叶昊,王桂增.  高技术通讯. 2010(06)
[7]基于动态压力信号的管道泄漏特征提取方法研究[J]. 张宇,靳世久,何静菁,陈世利,李健.  石油学报. 2010(02)
[8]基于混沌特性的输油管道泄漏识别方法[J]. 张宇,李健,陈世利,张景川,靳世久.  纳米技术与精密工程. 2009(04)
[9]基于广义相关分析的泄漏定位[J]. 葛传虎,王桂增,叶昊,李国森.  信息与控制. 2009(02)
[10]基于相关分析和近似熵的管道泄漏声信号特征提取及辨识方法[J]. 杨进,文玉梅,李平.  仪器仪表学报. 2009(02)

硕士论文
[1]光回馈自混合干涉效应及位移测量系统的模拟行为模型[D]. 臧方月.郑州大学 2011



本文编号：3662148