城镇地下燃气管网泄漏检测系统及其算法研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 城市地下燃气管网泄漏原因与运行情况
• 1.3 燃气管网泄漏监测与检测系统应用与研究现状
• 1.4 国内外基于声学技术泄漏检测技术研究现状
• 1.5 市场上比较成熟的基于声学气体管道泄漏检测系统
• 1.6 课题的主要工作及初步成果
• 第二章 基于声发射泄漏检测原理的系统设计
• 2.1 管外检测的基于声发射的测试系统基本原理
• 2.2 系统的搭建
• 2.2.1 传感器的选择
• 2.2.2 传感器的安装方式
• 2.2.3 传感器输出信号的电荷放大与电压放大，滤波部分
• 2.3 以计算机为核心的虚拟仪器系统
• 2.3.1 数据采集卡的选择
• 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
• 第三章 基于小波变换的泄漏信号预处理的研究
• 3.1 小波变换基础
• 3.2 小波变换用于信号降噪的原理
• 3.3 小波变换对噪声和泄漏信号的处理
• 第四章 燃气管道泄漏判断技术研究
• 4.1 随机信号处理基础
• 4.2 燃气管道泄漏信号的时域分析
• 4.2.1 压力和传感器距离对泄漏信号的影响
• 4.2.2 传播距离对泄漏信号强度的影响
• 4.3 燃气管道泄漏信号的频域分析
• 4.3.1 高阶统计量定义
• 4.3.2 高阶累积量和双谱主要性质
• 4.3.3 双谱的估计算法
• 4.3.4 燃气管道泄漏信号的高阶统计量分析
• 4.3.5 利用高阶累积量和双谱特征的泄漏检测算法实现
• 第五章 燃气管道泄漏定位技术研究
• 5.1 两点泄漏检测系统模型
• 5.2 利用广义互相关对泄漏信号定位的分析
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢