基于多路声检测的地面标记器研究

论文摘要

石油和天然气是国家重要战略能源,主要采用管道运输方式。随着管道使用年限的增长,管道会因内部油气腐蚀、外部土壤腐蚀、人为破坏和施工缺陷等原因发生管道泄漏事故。为了预防管道泄漏事故,需要定期对管道进行缺陷检测。常用检测方法就是在油气管道中运行内检测器。地面标记器是管道内检测器的辅助设备,用来记录管道内检测器通过标记点的时刻,进而修正管道内检测器的里程轮误差。地面标记器大多基于磁检测或电磁检测原理,随着管道掩埋深度和管道壁厚度的增加,信号衰减严重,逐渐不能满足检测要求。现有基于声检测原理的地面标记器采用单路声信号检测方法,在噪声信号和有用信号频带重合较大的情况下,通过滤波无法很好的降低噪声信号。针对现有地面标记器存在的问题,本文设计了一种基于多路声信号检测的地面标记器。本文首先介绍了地面标记系统的作用和工作原理,分析了国内外已有地面标记器的优缺点,开发完成了基于多路声检测的地面标记器的设计工作,包括信号采集、数据存储、时间同步及电源管理等的硬件和软件设计。研究中,模拟滤波的非线性相位延迟使信号失真,应用了FIR滤波器的线性相位特性,设计了满足系统要求的FIR数字滤波器。分析了多路声信号叠加降低噪声的原理,并设计了实验予以验证。最后通过设计现场模拟实验,测试了地面标记器的软硬件系统,验证了地面标记器的标记作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 管道运输及其安全问题
• 1.2 管道内检测器及其地面标记技术
• 1.2.1 管道内检测器
• 1.2.2 地面标记技术重要性
• 1.2.3 地面标记技术原理
• 1.3 地面标记器的国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.3.3 现有地面标记器存在的问题
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第二章 地面标记器的声检测机理及系统结构
• 2.1 声检测机理
• 2.1.1 声波产生机理
• 2.1.2 声波传播理论
• 2.1.3 声波在土层中传播特点
• 2.1.4 声信号检测原理
• 2.2 地面标记器总体设计
• 2.3 本章小结
• 第三章 地面标记器硬件设计
• 3.1 声学传感器
• 3.1.1 压电式传感器原理
• 3.1.2 压电陶瓷传感器特点
• 3.2 信号放大模块
• 3.2.3 电荷放大电路
• 3.2.4 射极偏置放大电路
• 3.2.5 电压跟随电路
• 3.3 控制器（内置A/D）模块
• 3.4 数据存储模块
• 3.5 时钟电路
• 3.5.6 稳补晶振的选择
• 3.5.7 计时方法
• 3.6 电源管理模块
• 3.6.1 VCC/2 电源产生电路
• 3.6.2 5V 电源产生电路
• 3.6.3 3.3V 电源产生电路
• 3.7 本章小结
• 第四章 地面标记器软件设计
• 4.1 地面标记器控制器的软件流程
• 4.1.1 采集子程
• 4.1.2 存储子程
• 4.1.3 同步子程
• 4.2 数字滤波降噪方法
• 4.2.1 模拟滤波的非线性相位时延
• 4.2.2 FIR 数字滤波器设计
• 4.3 多路信号叠加降噪方法
• 4.3.1 叠加降噪原理
• 4.3.2 时延计算方法
• 4.4 本章小结
• 第五章 地面标记器实验
• 5.1 多路声信号叠加降噪实验
• 5.1.1 多路声信号叠加降噪实验设置
• 5.1.2 叠加效果的衡量方法
• 5.1.3 叠加降噪实验结果及分析
• 5.2 地面标记器模拟实验
• 5.2.1 地面标记器模拟实验设置
• 5.2.2 地面标记器的实验结果及分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢