供水管道泄漏检测信号采集系统研究

发布时间：2017-05-11 06:05

  本文关键词：供水管道泄漏检测信号采集系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 为减少水资源浪费,提高检测效率,在供水管网泄漏控制工程中需要采用专门的泄漏检测定位仪器。应用嵌入式技术和虚拟仪器技术构建的供水管道泄漏检测及定位仪器系统,采用现代传感器技术、信号调理技术和数字信号处理技术构成灵活可调的、开放式的仪器系统,能够满足多种工程实际应用条件,性能指标较传统仪器有较大改善。 针对供水管道泄漏信号幅度低,动态范围大,频率分布因管道材质等情况的不同而异,受噪声污染严重等特点,本文研究具有低噪声、低功耗特性,采集参数动态可调的管道泄漏信号采集系统。该系统以单片机为核心,包括内装IC的加速度传感器、信号调理模块、数据采集模块、数据传输模块、液晶显示模块和电源管理模块,CPU可根据泄漏信号特征的变化调整信号调理参数。采集器设计了带通滤波器,抑制外界噪声;设置了增益可编程控制放大器,增加动态范围。电阻、集成放大器等选择低噪声器件,降低电路噪声,提高采集信号的信噪比。从软硬件两方面对采集系统进行低功耗设计,以适应管道泄漏检测的野外操作环境。 为提高漏点定位精度,需增加采集时间和ADC转换位数,这将导致数据量急剧增大,而采集系统存储容量有限,为解决该矛盾,提出一种传感信号采集中的误差受控压缩算法。为适应泄漏信号特征多变的情况,根据各段信号的自相关系数动态调整梯度预测器的系数;通过改进最大步长均匀量化器降低量化噪声;采用Golomb-Rice编码算法对量化后的预测误差序列进行编码。根据采集器前端噪声水平确定压缩误差参数的上限,进而获得压缩比的上限。算法在泄漏检测定位中的应用表明,压缩比达2.63时,压缩后重构信号漏点定位误差增加量小于0.2 m。 本文在充分认识和分析供水管道泄漏信号特征的基础上,采用嵌入式系统实现泄漏信号采集系统。数据采集单元的动态范围为70 dB,滤波器通频带为200-2000 Hz,对50 Hz和2500 Hz噪声的抑制能力分别为-35 dB和-60 dB。在泄漏信号采集过程中进行误差可控数据压缩,确定了不影响信号处理结果前提下压缩误差参数和压缩比的上限。大量实际泄漏检测实验表明,研发的供水管道泄漏信号采集系统工作有效、稳定、可靠,具有方便携带、低噪声,低功耗等特点,满足管道泄漏检测定位要求。
【关键词】：泄漏检测定位 数据采集 嵌入式系统 误差受控压缩
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH878
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 研究意义8-9
• 1.2 传统管道泄漏检测定位方法9-10
• 1.3 现代管道泄漏检测定位方法10-11
• 1.4 管道泄漏信号采集系统的研究现状11-12
• 1.5 本课题的主要研究内容12-14
• 2 供水管道泄漏信号特征及泄漏检测定位原理14-22
• 2.1 引言14
• 2.2 管道泄漏信号特征14-18
• 2.2.1 幅频特征14-17
• 2.2.2 噪声特征17-18
• 2.3 管道泄漏检测定位原理18-21
• 2.3.1 互相关时延估计泄漏定位原理18-19
• 2.3.2 自适应时延估计泄漏定位原理19-21
• 2.4 小结21-22
• 3 供水管道泄漏信号采集系统设计22-40
• 3.1 引言22
• 3.2 低噪声设计22-25
• 3.2.1 噪声分类22-24
• 3.2.2 数据采集单元低噪声设计24-25
• 3.3 低功耗设计25-26
• 3.4 泄漏信号采集系统硬件设计26-33
• 3.4.1 处理器选型26-28
• 3.4.2 传感器选型28-29
• 3.4.3 信号调理模块29-30
• 3.4.4 数据传输模块30-31
• 3.4.5 显示模块31
• 3.4.6 电源模块31-33
• 3.4.7 数据采集系统硬件系统33
• 3.5 泄漏信号采集系统软件流程33-38
• 3.5.1 数据采集系统总体流程33-34
• 3.5.2 数据采集流程34-36
• 3.5.3 数据存储流程36
• 3.5.4 数据传输流程36-38
• 3.6 管道泄漏信号采集系统38-39
• 3.7 小结39-40
• 4 泄漏信号采集系统性能测试及应用40-49
• 4.1 引言40
• 4.2 系统性基本参数能测试40-43
• 4.3 ADC 实际转换精度43-44
• 4.4 泄漏信号采集系统应用44-47
• 4.4.1 泄漏检测定位实验44-46
• 4.4.2 噪声对漏点定位精度的影响46-47
• 4.5 小结47-49
• 5 管道泄漏信号采集现场数据压缩49-68
• 5.1 引言49
• 5.2 数据压缩理论基础49-50
• 5.2.1 信息熵49-50
• 5.2.2 压缩系统评价50
• 5.3 数据压缩方法分类50-59
• 5.3.1 统计编码51-52
• 5.3.2 预测编码52-57
• 5.3.3 变换编码57-58
• 5.3.4 分析/综合编码58-59
• 5.4 管道泄漏信号误差受控压缩59-65
• 5.4.1 梯度预测器设计59-62
• 5.4.2 量化器62-64
• 5.4.3 Golomb-Rice 编码64-65
• 5.5 压缩误差上限的确定65-66
• 5.6 实验66-67
• 5.7 小结67-68
• 6 结论68-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-75
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录75

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 常庆;;基于EZ-USB FX的DSP数据采集系统的设计[J];仪表技术;2011年09期

2 黄菁;刘青春;;基于Σ-Δ型模数转换器的动态数据采集系统设计[J];仪表技术;2011年07期

3 陶唯识;钟佰刚;;高精度信号调理电路的设计及测试[J];黑龙江电力;2011年04期

4 李志林;徐文佳;丁倩;靳继聪;;一体化生产调度指挥信息管理系统的设计[J];仪器仪表用户;2011年03期

5 刘博;徐放;王卓甫;;中庭火灾探测实验场景的设计[J];消防技术与产品信息;2011年07期

6 乔林虎;苏铁熊;王强;李岩;;基于CAN总线的发动机虚拟仪表数据采集系统的设计[J];仪器仪表用户;2011年04期

7 郎东革;党元一;;基于ARM的烟气分析仪的研制与开发[J];硅谷;2011年15期

8 幺开宇;;1.5kW H型垂直轴试验风机数据采集系统[J];机械制造与自动化;2011年04期

9 李胜;高闽光;张玉钧;王亚萍;陈军;魏秀丽;金岭;;FTIR光谱仪数据采集系统设计与实现[J];大气与环境光学学报;2011年03期

10 冯朴;;一种电力监控与数据采集系统设计[J];电子科技;2011年08期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 罗宏;张晓钟;宿红毅;战守义;;油料管理系统掌上电脑的设计与研制[A];第八届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2010年

2 廖彦斗;;高分辨率16位A／D数据采集系统[A];1992年中国地球物理学会第八届学术年会论文集[C];1992年

3 汪旭东;李世平;李建红;;基于PC机的数据采集系统的开发及其发展前景[A];2003中国控制与决策学术年会论文集[C];2003年

4 谢明春;王小静;高嵘;于茂华;;推力轴承试验台数据采集系统的研究[A];第八届中国轧机油膜轴承技术研讨会论文集[C];2006年

5 冯莉;曹宁翔;梁川;;基于以太网的示波器数据采集系统[A];中国仪器仪表学会第十一届青年学术会议论文集[C];2009年

6 石馨月;赵延军;龚瑞昆;;基于CPLD与单片机的控制系统设计[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集（2）[C];2008年

7 陈俊良;廖彦平;张万华;段宝娣;王彦;;MDS-1型高分辨率多功能数据采集系统[A];1991年中国地球物理学会第七届学术年会论文集[C];1991年

8 袁学文;谢川林;高学燕;季云松;关有光;何均章;傅淑珍;周山;;384单元强快靶高集成度数据采集系统的设计与研制[A];中国工程物理研究院科技年报（2003）[C];2003年

9 陈儒军;何继善;罗维炳;颜良;刘石;;智能多功能多频电磁法数据采集系统[A];中国地球物理学会第22届年会论文集[C];2006年

10 马赛;刘森林;;一种基于CAN总线的数据采集系统研究[A];2006年船舶通讯导航学术会议论文集[C];2006年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 广东 王庆旺;高精度离子电极信号数据采集系统设计[N];电子报;2009年

2 王志田邋通讯员 唐皖君;数据采集系统在大庆采八全面启用[N];中国石油报;2007年

3 曹改英 曹红茜;PDA雨量数据采集系统的研制及应用[N];黄河报;2008年

4 特约记者 胡丽莉邋通讯员 赵增慧;大港采油一厂成功应用DCS数据采集系统[N];中国石油报;2008年

5 杨晓丹;石化装置的“眼科医生”[N];中国石化报;2006年

6 焦克强;邢钢开发线材轧制生产线DCS数据采集系统[N];中国冶金报;2007年

7 北京 蔡德聪 孙宇瑞;BS2系列微功耗数据采集系统[N];电子报;2001年

8 北京 蔡德聪 孙宇瑞;国外流行的一种微功耗数据采集系统[N];电子报;2001年

9 陈斌;远程监控系统自动采集水泥企业数据[N];中国税务报;2007年

10 赵保庆 张长杰;多渠道融资更新设备[N];中国矿业报;2004年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 赵金辉;燃气管道泄漏检测定位理论与实验研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

2 赵金辉;燃气管道泄漏检测定位理论与实验研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

3 王学影;关节臂式坐标测量机系统研究[D];天津大学;2008年

4 李霞;城市供水管网漏损定位及控制研究[D];天津大学;2006年

5 文静;供水管网泄漏检测定位中的信号处理研究[D];重庆大学;2007年

6 钱志平;型材拉弯的智能化控制工艺理论研究[D];燕山大学;2009年

7 陈儒军;伪随机多频电磁法观测系统研究[D];中南大学;2003年

8 官英平;板材V型自由弯曲智能化控制技术的研究[D];燕山大学;2005年

9 陈峗;单圈绝对式光电轴角编码器原理的研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2006年

10 马瑞;盒形件智能化拉深压边力控制规律的研究和实时预测[D];燕山大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 阮双喜;基于ARM的气象数据采集系统的研制[D];吉林大学;2005年

2 赵鑫;模拟成像声纳的数字化技术研究[D];哈尔滨工程大学;2005年

3 丁建平;基于ARM体系结构的心电数据采集系统的研究[D];重庆大学;2005年

4 赵媛媛;γ相机数据采集系统设计[D];郑州大学;2005年

5 段文杰;基于USB1.1的高速数据采集系统[D];太原理工大学;2005年

6 丁晓冬;沥青路面基层冲刷作用模拟试验机数据采集系统的开发与研制[D];长安大学;2005年

7 高翔;基于USB的实时数据采集系统的设计和实现[D];西北工业大学;2006年

8 刘单;基于LabVIEW并行通信的数据采集与处理系统研究[D];武汉理工大学;2006年

9 余德华;基于ARM的嵌入式水文数据采集系统研究与实现[D];河海大学;2006年

10 袁文迪;基于USB2.0的多通道生物医学信号数据采集系统的设计[D];中国医科大学;2006年

  本文关键词：供水管道泄漏检测信号采集系统研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：356412