管道泄漏檢測(cè)與定位的應(yīng)用研究

1、分類號(hào)；：密級(jí)：編號(hào)：工學(xué)碩士學(xué)位論文管道泄漏檢測(cè)與定位的應(yīng)用研究碩士研究生：姜濤指導(dǎo)教師：劉國枝研究員學(xué)位級(jí)別：工學(xué)碩士學(xué)科、專業(yè)：水聲工程所在單位：水聲工程學(xué)院論文提交日期：年月論文答辯日期：年月學(xué)位授予單位：哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)挺論文摘要城市地自來水管道漏水問題，至今仍是許多供水單位和崩水大戶的嚴(yán)重閩題。我鬢供水企業(yè)檢添設(shè)備、技術(shù)落后，尋求一種經(jīng)濟(jì)有效鯰檢漏方法是供水企業(yè)夢(mèng)寐以求的事。在霞外，借助聲信號(hào)相關(guān)分析技術(shù)來檢測(cè)管道中的泄漏點(diǎn)跫獲褥迅速發(fā)展。羈前，在些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)廣泛地采用這類聲學(xué)檢測(cè)設(shè)備律例行的漏點(diǎn)撿測(cè)工俸，并取褥了穰好韻成果。本文綜合了有關(guān)文獻(xiàn)的理論分析，采用虛

2、擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)了一套基于相關(guān)分掌廳技術(shù)艙是來水管道泄漏檢測(cè)及定綴系統(tǒng)，并對(duì)其軟、硬件方案進(jìn)季亍了設(shè)計(jì)。隨著計(jì)算機(jī)處理能力的飛速發(fā)展，利用軟件和虛擬儀器技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)畜的管道瀵漏撿測(cè)定位方法，黯有效的提高泄漏檢測(cè)定位的精度；餮可靠性，同時(shí)具有更好的適應(yīng)性。本文碰用美國國家儀器公司的纛擬儀器軟件平臺(tái)為主要開發(fā)工具，進(jìn)行瀵漏聲信號(hào)的數(shù)據(jù)采集與時(shí)、頻域分析，最終完成泄漏點(diǎn)麴精確定餓。并利用的強(qiáng)大的外部接口能力，在軟件中調(diào)用了等常霆麓臻號(hào)處理工其，對(duì)泄漏信號(hào)作了小波變換等清除噪聲的播施。本文還分析討論了幾種典型的應(yīng)用環(huán)境下時(shí)延估計(jì)的原理，給出了在設(shè)計(jì)檢漏系統(tǒng)穆實(shí)際撿測(cè)霧雩，對(duì)時(shí)延彳砉計(jì)方法進(jìn)行了選擇幫綜合

3、的一般萋則。并進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性，準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞：泄漏檢測(cè)；相關(guān)分析；虛擬儀器；時(shí)延估計(jì)；小波變換，、，：；哈爾濱工程大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：本論文的所有工作，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，由作者本人獨(dú)立完成的。有關(guān)觀點(diǎn)、方法、數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)等的引用已在文中指出，并與參考文獻(xiàn)相對(duì)應(yīng)。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)公開發(fā)表的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者（簽字）：蘭益日期：印毛年月“嗡爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文第章緒論課題的提出和研究意義永蔻生命之源，楚大邀然賦予

4、人類囂法替代的寶貴瓷源，健它是有限酶，不是取之不盡用之不竭的，隨著全球性環(huán)境污染的加刷及世界入翟的不斷增加，水姿源的緊張局勢(shì)不斷惡化。年月第屆聯(lián)合國大會(huì)做崽了每年簧墨為“世界永圈”麴決定。這不僅說鹱水的閿題基引起了國際社會(huì)的普遍關(guān)注，麗且也為全人類共同攜手合理開發(fā)利用和保護(hù)水資源提供了契楓。雖然我基是個(gè)承資源大番，健從久均這個(gè)焦度看，我囂又是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國家，人均占有水量只有立方米，僅為世界人均水量的，居世界個(gè)雹家的第鑣。我蓬的拳污染嚴(yán)重，全匿七大江河，五大潮漓都遭受了不閉程度的污染，無一幸免。根據(jù)水利部（世紀(jì)中國水供求分析，年我囂工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活及生態(tài)環(huán)境總需求水量在中等干旱年為億立方米，

5、缺永億立方米駐。這表靂，年后我國將開始進(jìn)入嚴(yán)重缺水期。盡管如此，我國用水嚴(yán)重浪費(fèi)，無論工農(nóng)業(yè)用水，還是生活用永，“跑、霉、滴、漏”現(xiàn)象隧楚可冤。漏水翔題已成舞我鶯這個(gè)古老民獲走向不斷進(jìn)步的心腹之患。然而，經(jīng)過凈化處理和輸配的自來水更是來之不易。薪滋，世界各國都棼常重視叁寒永漏損控制工饞，將潺損量盼大小作為衡量自來水管網(wǎng)技術(shù)和運(yùn)行狀況的一個(gè)重要指標(biāo)。隨著管線的增多，管齡的增長，盤予麓工缺陷、腐蝕老純等閱題期入為破壞的原因，管道事敵頻頻發(fā)生，給入們的生命財(cái)產(chǎn)和生存環(huán)境造成了臣大的威脅。世界管道工業(yè)史大量的數(shù)據(jù)表明：管道同世界上其他的事物樣，攀赦的發(fā)生都有稱為“浴盆麓線羽的一般旒律。圖所示的浴弦曲線

6、表明：在整個(gè)管道壽命區(qū)域內(nèi)都有事故發(fā)生。事教發(fā)生熬概率分為三個(gè)酚段：管道在運(yùn)雩亍第一階段（裙生麓）弱第三階段（衰老期）事故的概率較高，第二階段（穩(wěn)定期）概率較低，其原因是：初生期管道在材凄、防腐層、焊麓等方面存在著未被檢查發(fā)現(xiàn)的缺陷域壺予鑲管終業(yè)中造成的管體損傷，以及由于管道周圍的環(huán)境未達(dá)到穩(wěn)定，因而事故概率比較高，但隧著時(shí)聞的延續(xù)，事故概率逐漸降低。在穩(wěn)定期，由予管道周圍哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文環(huán)境趨于穩(wěn)定，在初生期造成事故的管道本身的一些缺陷也通過維修得到了解決，事故率比初生期顯著降低。在管道的衰老期，由于腐蝕磨損，管道趨于老化，事故率上升。失敗率拶初生羽穩(wěn)定期一年時(shí)間（）圖浴缸效應(yīng)我國

7、供水管道存在管線長，管齡長（很大一部分管道已有年以上）的問題，很多管道遭受到腐蝕、磨損等自然或人為破壞，管道泄漏事故頻頻發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國大中城市自來水漏失率大體在左右，同美國的、日本的、法國的及德國的的漏失率相比，還存在很大的差距。因此對(duì)城市供水管道泄漏的檢測(cè)是不可忽略的。泄漏控制和管理的經(jīng)濟(jì)效益是勿庸置疑的。以廣州市為例，供水約為萬立方米天，若能節(jié)省的漏耗，能節(jié)省萬立方米天供水，而修建一個(gè)萬立方米天產(chǎn)量的水廠，約需投資億元人民幣，建造期長達(dá)數(shù)年，但要減少萬立方米天的漏耗則容易得多，其費(fèi)用僅為水廠投資的幾個(gè)百分點(diǎn)，周期僅幾個(gè)月或幾周。另外，自來水漏損一方面浪費(fèi)了部分取水，處理和輸配的成本，另

8、一方面還要額外增加投資用于增加水量，提高部分地區(qū)得水壓以及更換、維修破損管道及管道配件設(shè)施。而且，管道出現(xiàn)漏損而長時(shí)間未被發(fā)現(xiàn)，則會(huì)由于泥土流失而使路面塌陷，影響建筑物和路面交通安全，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成人員和物質(zhì)損失。自來水管道的泄漏檢測(cè)和維修是城市給水工程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在我國的城市給水系統(tǒng)中，每年因泄漏而造成的浪費(fèi)相當(dāng)驚人，使水資源本來就缺乏的局面更加嚴(yán)重。尤其在一些歷史悠久的老城市，管網(wǎng)系統(tǒng)的老化、布哈爾濱程大學(xué)碩十學(xué)位論文局復(fù)雜，使漏點(diǎn)的判斷和檢測(cè)非常困難。目前我國大中城市中使用的檢漏手段基本上還是人工方法，由有經(jīng)驗(yàn)的工人借助簡單的聽漏儀（聲音放大器）沿管線路面逐米聽測(cè)地下因漏損引起的聲響

9、。這種原始的人工聽漏方法可靠性低、抗干擾性差，需要耗費(fèi)大量的人力，聽漏經(jīng)驗(yàn)的積累需長年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)且難以訓(xùn)練和傳教。綜合了信號(hào)檢測(cè)、處理、傳輸、微機(jī)應(yīng)用等技術(shù)的相關(guān)檢漏系統(tǒng)是目前最先進(jìn)的管道檢漏設(shè)備，在發(fā)達(dá)國家中這類系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，并有專門的檢漏公司應(yīng)用這種系統(tǒng)進(jìn)行日常的檢漏工程和技術(shù)服務(wù)。我國一些大城市曾引進(jìn)過若干國外的檢漏儀，但價(jià)格昂貴，操作復(fù)雜，性能也有很大的局限性，不太適用于我國城市管網(wǎng)的特點(diǎn)和復(fù)雜性，因此利用率很低，而一些中小城市又無力購買這種價(jià)格昂貴的設(shè)備，針對(duì)這種情況，本文設(shè)計(jì)了基于虛擬儀器的泄漏檢測(cè)定位系統(tǒng)。并經(jīng)過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的校驗(yàn)，取得了較滿意的結(jié)果。管道泄漏檢測(cè)技術(shù)國內(nèi)外研

10、究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)管道泄漏檢測(cè)應(yīng)滿足的要求建立管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，及時(shí)準(zhǔn)確報(bào)告泄漏事故的范圍和程度，可以最大限度地減少經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染及更大危險(xiǎn)的發(fā)生，對(duì)一種泄漏檢測(cè)方法優(yōu)劣或一個(gè)檢漏系統(tǒng)性能的評(píng)價(jià)，應(yīng)從以下幾個(gè)方面加以考慮。準(zhǔn)確性。泄漏發(fā)生后，能夠準(zhǔn)確地測(cè)報(bào)出泄漏，不致因?yàn)椴僮魇д`和設(shè)備故障等因素發(fā)出誤報(bào)警；靈敏性。檢漏系統(tǒng)能檢測(cè)出管道泄漏的大小范圍，主要是多小的泄漏量能夠發(fā)出正確的報(bào)警提示；實(shí)時(shí)性。理想的檢漏系統(tǒng)能夠在泄漏發(fā)生后，實(shí)時(shí)地檢測(cè)出泄漏的發(fā)生。以便操作人員即刻采取行動(dòng)，減少損失。定位精度高。長輸管道穿越距離長，檢漏系統(tǒng)要能夠提供給操作人員準(zhǔn)確的泄漏點(diǎn)位置，以使維修人員盡快達(dá)到漏水點(diǎn)

11、，進(jìn)行補(bǔ)修作業(yè)。易維護(hù)性。檢漏系統(tǒng)裝置維修調(diào)整容易。性價(jià)比。性價(jià)比是指系統(tǒng)建設(shè)、運(yùn)行及維護(hù)的花費(fèi)與系統(tǒng)所能提供性能的比值。哈爾濱工程大學(xué)碩十學(xué)位論文對(duì)管道泄漏檢測(cè)方法的研究已有幾十年的歷史，但由于檢測(cè)的復(fù)雜性，如管道輸送介質(zhì)的多樣性，管道所處的環(huán)境的多樣性，以及泄漏形式的多樣性（滲漏、穿孔、斷裂等）使得目前還沒有一種通用的方法解決管道泄漏探測(cè)問題，在實(shí)際應(yīng)用中，某一種泄漏檢測(cè)方法或一個(gè)檢漏裝置不能同時(shí)滿足所有要求，一般在檢測(cè)系統(tǒng)中將幾種方法綜合使用。由于管道泄漏檢測(cè)是多領(lǐng)域多學(xué)科知識(shí)的綜合，各種檢測(cè)方法在檢測(cè)方式和技術(shù)手段方面差別較大。到目前為止還沒有對(duì)管道泄漏檢測(cè)技術(shù)的系統(tǒng)分類方法，為了敘述

12、上的簡便和理解上的直觀，本文中將已有的各種泄漏方法分為以下幾類州。基于信號(hào)處理的方法基于信號(hào)處理的方法不需要建立管道的數(shù)學(xué)模型，該方法主要包括壓力梯度法、流量平衡法、壓力點(diǎn)分析法、負(fù)壓波法和聲相關(guān)分析方法等。壓力梯度法。壓力梯度法是上個(gè)世紀(jì)八十年代末發(fā)展起來的一種技術(shù)，它的原理是：在穩(wěn)定流動(dòng)的條件下，無泄漏發(fā)生時(shí)，管道內(nèi)壓力沿管道線性變化，當(dāng)發(fā)生泄漏時(shí)，漏點(diǎn)前的流量變大、坡降變陡，漏點(diǎn)后流量變小、坡降變平，再次穩(wěn)定后，管道內(nèi)的沿線壓力分布將呈折線變化，折點(diǎn)即為泄漏點(diǎn)，據(jù)此可以找到泄漏點(diǎn)的位置。壓力梯度法只需要在管道兩端安裝壓力傳感器，但因?yàn)楣艿涝趯?shí)際運(yùn)行中，沿線的壓力梯度呈非線性分布，因此壓力

13、梯度法的定位精度比較差，所以壓力梯度法定位可以作為一個(gè)輔助手段與其它方法一起使用采用這種方法時(shí)，需要將管道內(nèi)的壓力分布理想化為線性分布，但實(shí)際情況下往往不是如此，因此，采用壓力梯度法進(jìn)行泄漏檢測(cè)的定位誤差比較大。流量平衡法。根據(jù)質(zhì)量平衡原理，當(dāng)管道無泄漏發(fā)生正常運(yùn)行時(shí)，管道的入口流量應(yīng)該等于出口流量，根據(jù)管道出入口的流量是否相等來判斷是否發(fā)生泄漏。當(dāng)發(fā)生泄漏時(shí)，在管道的入口與出口將形成明顯的流量差。這樣方法原理很簡單，但由于實(shí)際所觀測(cè)流量與流體的溫度、壓力、密度等性質(zhì)及流體的狀態(tài)有關(guān)，使得流量法對(duì)任意擾動(dòng)或管道本身動(dòng)力學(xué)變化都非常敏感，易造成誤檢。通過對(duì)流量幅值的估計(jì)，基于流量不確定性的不同估

14、計(jì)，建立許多泄漏檢測(cè)曲線，并與現(xiàn)場(chǎng)泄漏實(shí)測(cè)的曲線進(jìn)行對(duì)照。這樣，對(duì)流量哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文不確定性的適當(dāng)估計(jì)，泄漏流速在很大范圍內(nèi)的泄漏都能可靠地被檢測(cè)到，但這種方法不適合與自來水管檢測(cè)。壓力點(diǎn)分析法（）。當(dāng)管道正常運(yùn)行時(shí)，其壓力與密度等呈現(xiàn)為連續(xù)變化的穩(wěn)定狀態(tài)。一旦發(fā)生泄漏，泄漏點(diǎn)處出現(xiàn)壓力突然下降，原來的穩(wěn)定狀態(tài)就被破壞，管道便向新的穩(wěn)定狀態(tài)過渡。在這一過程中，將產(chǎn)生一沿管道傳輸?shù)臄U(kuò)張波，這種擴(kuò)張波將引起管道內(nèi)各點(diǎn)的處的壓力的變化，并將管道泄漏點(diǎn)的特征傳遞到信號(hào)檢測(cè)點(diǎn)。在對(duì)檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行分析處理后，可以提取出壓力信號(hào)變化的曲線，并與正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的數(shù)據(jù)曲線比較，根據(jù)兩者之間的差別來

15、判斷管道內(nèi)是否出現(xiàn)泄漏。法只需要一個(gè)或幾個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的壓力信號(hào)，這種方法費(fèi)用低，易于維護(hù)，并且能夠檢測(cè)到較小量的泄漏。但是，這種方法不能對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行精確定位，因此應(yīng)用范圍較窄。負(fù)壓波法。當(dāng)管道內(nèi)某點(diǎn)發(fā)生泄漏時(shí)，在泄漏處會(huì)出現(xiàn)瞬態(tài)壓力下降，即產(chǎn)生負(fù)壓波，這個(gè)負(fù)壓波會(huì)以一定的速度沿著管道向兩端傳遞。由于管線的波導(dǎo)作用，這個(gè)負(fù)壓波能夠傳播數(shù)十公里，并能夠被設(shè)在管道兩端的壓力傳感器所捕獲。根據(jù)首末兩端捕獲的負(fù)壓波的時(shí)間差和負(fù)壓波在管道中傳播的速度，即可以對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行精確定位。負(fù)壓波法對(duì)硬件要求不高，不需要建立數(shù)學(xué)模型，計(jì)算量小，但要求泄漏發(fā)生是快速的、突發(fā)性的，對(duì)于泄漏速度很慢的情況，就沒有明顯的負(fù)壓波。

16、聲相關(guān)分析方法。當(dāng)管道內(nèi)液體泄漏時(shí)，由于管道內(nèi)外的壓力差，使得泄漏的流體在通過漏點(diǎn)到達(dá)管道外部時(shí)形成渦流，這個(gè)渦流就產(chǎn)生了振蕩變化的壓力或聲波。該聲波可以傳播擴(kuò)散返回泄漏點(diǎn)并在管道內(nèi)建立聲場(chǎng)，泄漏點(diǎn)產(chǎn)生的聲波以一定的速度沿管道向兩端傳播。聲相關(guān)分析方法就是將泄漏時(shí)產(chǎn)生的噪聲作為信號(hào)源，通過聲音傳感器檢測(cè)沿管壁傳播的泄漏點(diǎn)噪聲，利用相關(guān)信號(hào)處理技術(shù)（如相關(guān)分析法）進(jìn)行泄漏檢測(cè)和定位。由于受檢測(cè)對(duì)象和應(yīng)用環(huán)境的限制，對(duì)長距離管道檢測(cè)，必須沿著管道安裝許多聲音傳感器。該方法的泄漏檢測(cè)準(zhǔn)確率高，定位精度高。采用聲相關(guān)分析方法判斷泄漏和定位時(shí)，不需要建立復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算量小，并且可以檢測(cè)出小泄漏量。

17、哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文基于模型估計(jì)的方法為了提高泄漏檢測(cè)和定位的準(zhǔn)確性，用模型在線觀測(cè)管道的壓力和流量等參數(shù)，并與壓力和流量的實(shí)測(cè)值比較來進(jìn)行泄漏故障的診斷。該方法主要有狀態(tài)觀測(cè)器法、系統(tǒng)辨識(shí)法、濾波器法等。狀態(tài)觀測(cè)器法。狀態(tài)觀測(cè)器法即建立管道內(nèi)流體壓力和流量的狀態(tài)方程，以被檢測(cè)的兩站壓力為輸入，對(duì)兩站流量的實(shí)測(cè)值和觀測(cè)值的偏差信號(hào)采用適當(dāng)?shù)乃惴ㄟM(jìn)行檢漏和定位。該方法假定兩站的壓力不受泄漏量的影響，所以僅適于小泄漏量情形。系統(tǒng)辨識(shí)法。該法辨識(shí)出管道模型，并與管道實(shí)際值進(jìn)行比較來進(jìn)行判漏。在管道完好的情況下，建立管道無故障模型和故障靈敏模型?；诠收响`敏模型，用相關(guān)分析法實(shí)現(xiàn)泄漏檢測(cè)；基于無

18、故障模型，用適當(dāng)?shù)乃惴ㄟM(jìn)行定位。該法需在管道上施加序列激勵(lì)信號(hào)，并假設(shè)兩站的壓力不受泄漏量的影響，也僅適于小泄漏量情形。濾波器法。該法建立包含泄漏量在內(nèi)的壓力、流量狀態(tài)空間離散模型，以管道首末端的壓力和流量作為輸入，將整個(gè)管道空間定量劃分為若干段，在每一個(gè)分段點(diǎn)上設(shè)定壓力、流量、泄漏量等個(gè)狀態(tài)，并以各分段點(diǎn)處的泄漏量作為輸出，運(yùn)用適當(dāng)判別準(zhǔn)則（如信息測(cè)度等）就可進(jìn)行泄漏檢測(cè)和定位。該法需要知道過程噪聲的均值、方差等先驗(yàn)知識(shí)，且檢測(cè)與定位精度和等分段數(shù)有關(guān)。基于知識(shí)的方法基于知識(shí)的方法主要有模式識(shí)別法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和診斷專家系統(tǒng)法等。模式識(shí)別法?；谀Ｊ阶R(shí)別的方法原理是通過對(duì)泄漏產(chǎn)生的瞬態(tài)負(fù)壓波進(jìn)

19、行特征提取和結(jié)構(gòu)模式識(shí)別，以此進(jìn)行泄漏檢測(cè)。泄漏引發(fā)的負(fù)壓波與調(diào)泵、調(diào)閥等引發(fā)的負(fù)壓波波形特征有相當(dāng)大的區(qū)別，采用模式識(shí)別的方法對(duì)管道負(fù)壓波進(jìn)行描述，從而建立管道負(fù)壓波形結(jié)構(gòu)模式的分類系統(tǒng)，用于區(qū)別管道正常調(diào)節(jié)狀態(tài)和泄漏狀態(tài)，可以有效地降低管道泄漏的漏報(bào)率和誤報(bào)率，提高泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法?；谌斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)管道泄漏的方法，能夠運(yùn)用自適噲爾濱下程大學(xué)碩士學(xué)綴論文應(yīng)麓力學(xué)習(xí)管道的各種正況，對(duì)管道運(yùn)行狀況進(jìn)行分類識(shí)剮，是種基于經(jīng)驗(yàn)的類似人類的認(rèn)知過程的方法。理論分章斤和實(shí)踐表明：這種檢漏方法能夠迅速準(zhǔn)確預(yù)報(bào)淺管道運(yùn)彳亍情況，檢溯管道運(yùn)行故障。診斷專家系統(tǒng)法。利用泄漏機(jī)理數(shù)學(xué)模型研制的

20、泄漏診斷專家系統(tǒng)是一類非常復(fù)雜的毒線髖分布參數(shù)控制系統(tǒng)，其整個(gè)推理過程是經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、泄漏模式、泄漏機(jī)理模裂、物理定律綜合使用的過程。系統(tǒng)將深淺知識(shí)結(jié)合起來，采用廣度優(yōu)先和深度優(yōu)先榍結(jié)合，時(shí)閥推理幫實(shí)器重推理相結(jié)合的控制策略，酋先完成管道最嚴(yán)蘑異常現(xiàn)象的廣度搜索，然后進(jìn)行深度優(yōu)先搜索，憲或基予經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的快速、有效的定性診斷，確定有無泄漏及可麓麴泄漏量。默上介紹的泄漏檢測(cè)方法是褥前出現(xiàn)較多、應(yīng)用較為廣泛的方法?？梢灾觯@些方法大部分是基于現(xiàn)代控制理論和信號(hào)處理的方法。實(shí)際上國內(nèi)外的管道瀵漏檢測(cè)方法酶研究一壹在進(jìn)行，囂前還沒有種方法麓夠取得十分完滿的效果，需要根據(jù)不同的情況，使用其中一種或幾種方法聯(lián)

21、合進(jìn)行檢測(cè)。從蓬外麓研究成果看，基于聲學(xué)的噩襁關(guān)分析方法麴管道撿漏是一種薯荽常有效的方法。市場(chǎng)上絕大部分的產(chǎn)品都是基于互相關(guān)分析法研制的。霞外生產(chǎn)數(shù)字相關(guān)搜酶廠家?guī)彤a(chǎn)晶主要有：瑞士公司生產(chǎn)的相關(guān)測(cè)漏儀；英國公司生產(chǎn)的、型相關(guān)測(cè)漏儀；加拿大公鐲的型相關(guān)漏水檢測(cè)紋；瑞士公司肫系列相關(guān)測(cè)漏儀等。星瘸生產(chǎn)的泄漏檢測(cè)儀器主要是昕音類的，如哈爾濱無線六廠生產(chǎn)的伽型承漏檢測(cè)搜；瞬前的泄漏檢測(cè)技術(shù)與定位技術(shù)難以很好的解決實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)靈敏度與誤報(bào)警之彝蕊矛盾及定整精度不高等閽題，特別是深埋藏幫小流量泄漏的情況。隨著控制理論、人工智能、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，長距離輸送管道的泄漏檢測(cè)和定位技術(shù)也隧

22、之相疲發(fā)展。特別是近年來隨著計(jì)算楓技術(shù)的發(fā)展，滾漏檢測(cè)翻定位技術(shù)從旱翹懿戳硬律力主的方法發(fā)展到以軟件為主、軟件與硬件相結(jié)合的方法，充分利用了基于軟件的方法能實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)檢測(cè)、及時(shí)給懣報(bào)警信號(hào)幫基于硬件的方法有綴離麓定位精度窩較低的誤報(bào)率的特點(diǎn)，將二者進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，以克服單一檢測(cè)方法的局限性，提高管道管理的宣動(dòng)純永平，這是未來的總發(fā)震方淘。哈爾濱工程大學(xué)碩十學(xué)位論文長距離管道泄漏檢測(cè)技術(shù)有如下發(fā)展趨勢(shì)：多種基于軟件方法的融合。融合的目的是為了提高泄漏檢測(cè)的靈敏度和定位精度，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模式識(shí)別與相關(guān)分析結(jié)合。硬件上加強(qiáng)傳感器技術(shù)的發(fā)展，如超聲波傳感器、光纖傳感器等，特別是光纖傳感器是近年來發(fā)展的

23、一個(gè)熱點(diǎn)，不但可以實(shí)現(xiàn)物理量的檢測(cè)，還可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸，在解決信號(hào)衰減和抗干擾方面有著獨(dú)特的優(yōu)越性，更好地將基于硬件和軟件的方法有機(jī)地結(jié)合起來。多泄漏點(diǎn)、多管耦合的管網(wǎng)泄漏檢測(cè)與定位的研究。目前的管道泄漏檢測(cè)和定位技術(shù)的研究多是在單根管道上的單點(diǎn)泄漏的情況下進(jìn)行的，而對(duì)于單管多泄漏、多管耦合的泄漏研究還有待加強(qiáng)。本文的主要工作本文的主要工作是對(duì)埋地供水管漏損的定位軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，擬分三個(gè)部分進(jìn)行研究：對(duì)泄漏聲信號(hào)的產(chǎn)生與傳播進(jìn)行分析。準(zhǔn)確定位漏點(diǎn)須對(duì)漏損管道的聲信號(hào)進(jìn)行研究，本文詳細(xì)介紹了泄漏聲信號(hào)在自來水管線中產(chǎn)生和傳播的機(jī)理?；诠β首V的聲信號(hào)頻帶確定。為適應(yīng)泄漏聲發(fā)射信號(hào)的中心頻率在不

24、同的泄漏狀態(tài)下發(fā)生改變后仍能分析泄漏信號(hào)，系統(tǒng)采用功率譜計(jì)算與小波分解能量計(jì)算相結(jié)合的方法分析泄漏信號(hào)的中心頻帶，根據(jù)中心頻帶來確定濾波參數(shù)、選擇小波分解和提取泄漏信號(hào)的級(jí)數(shù)，從而達(dá)到了良好的濾波和信號(hào)提取效果?；陬l譜互相關(guān)分析的信號(hào)檢測(cè)。闡明了利用互相關(guān)分析法檢漏的原理；分析討論了幾種典型的應(yīng)用環(huán)境下時(shí)延估計(jì)的原理并結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。給出了在設(shè)計(jì)檢漏系統(tǒng)和實(shí)際檢測(cè)時(shí)，對(duì)時(shí)延估計(jì)方法進(jìn)行選擇和綜合的一般性原則。定位系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。介紹了虛擬儀器的概念，基于圖形化編程環(huán)境，自行設(shè)計(jì)了一套適應(yīng)于泄漏信號(hào)處理的定位系統(tǒng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)室模擬的泄漏聲信號(hào)進(jìn)行了采集、時(shí)頻域統(tǒng)計(jì)特征、泄漏信號(hào)的相關(guān)性作了詳細(xì)的

25、分析；并運(yùn)行小波閥值方法對(duì)泄漏聲信號(hào)進(jìn)行了有效的去噪處理。哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文第章管道泄漏檢測(cè)的理論研究泄漏聲信號(hào)的產(chǎn)生與傳播泄漏的一般定義是這樣的：由于密閉的容器、管道、設(shè)備等內(nèi)外兩側(cè)存在壓力差，因此在其使用過程中，內(nèi)部介質(zhì)在不允許流動(dòng)的部分通過孑、毛細(xì)管等缺陷滲出、漏失或允許流動(dòng)的部位流動(dòng)量超過允許量的一種現(xiàn)象，叫做泄漏哆。管道中流體的泄漏，其主要特征是在泄漏處形成多相湍射流，這一射流不但使流體的正常流動(dòng)發(fā)生紊亂，而且與管道相互作用，在管壁上產(chǎn)生高頻壓力波。管道漏水是一種承壓狀態(tài)下的水射現(xiàn)象嘲。當(dāng)供水管道發(fā)生漏水時(shí)，由于水噴出管道時(shí)與空氣、泥沙等的撞擊和摩擦，以及附壁現(xiàn)象、卡爾曼渦流

26、、邊緣效應(yīng)等，產(chǎn)生不同頻率的振動(dòng)，由此產(chǎn)生泄漏聲信號(hào)。我國的供水壓力一般在之間，以此泄漏聲信號(hào)的振幅也比較大，特別是在音頻范圍內(nèi)。泄漏聲信號(hào)會(huì)因管材、管厚、管徑、水壓、漏水孔的形狀等原因在頻率和強(qiáng)度上有明顯的差別。泄漏聲信號(hào)的頻率往往不是單一的，我們可用如下數(shù)學(xué)模型來描述唧：以（）（）式中呸第個(gè)頻率（咀）成分的振幅；頻率成分的個(gè)數(shù)在泄漏信號(hào)的個(gè)頻率中，有一個(gè)主要頻率，設(shè)為，它對(duì)應(yīng)的振幅是最大的。為了研究方便，且不失一般意義，我們略去其他次要頻率成分，則式可改寫成：（）（）泄漏聲信號(hào)的特征與管道漏點(diǎn)特征、管道材質(zhì)、管道直徑、管道流體流量和壓力等因素有關(guān)唧。塑料管道泄漏聲信號(hào)的頻率成分主要集中在的

27、低頻段，而鑄鐵等金屬管道泄漏聲信號(hào)的主要頻率集中在這一較高頻率段。當(dāng)泄漏聲信號(hào)經(jīng)過遠(yuǎn)距離傳播后，信號(hào)中的高頻成分隨著泄漏聲信號(hào)的傳播距離的增加發(fā)生了較大的變化，由于管道對(duì)聲信號(hào)的吸收衰減作用，使得信號(hào)中的高頻成分發(fā)生了畸變。同時(shí)管道之間的橡膠和石棉接口對(duì)泄漏聲信號(hào)也有衰減作用，使泄漏聲信號(hào)能量在頻域分布上哈爾濱工程大學(xué)碩學(xué)位論文發(fā)生改變。泄漏聲信號(hào)主要由兩條途徑傳播：一是通過周圍介質(zhì)向四周傳播；二是通過管壁向其兩側(cè)傳播。由于傳播介質(zhì)的不同，噪聲聲波的傳播速度差異很大，特別是有漏水點(diǎn)向四周傳播時(shí)比較復(fù)雜，一般只作定性分析，相比較而言，泄漏聲信號(hào)沿管壁的傳播的速度比較簡單，在一定的條件下比較穩(wěn)定。

28、因?yàn)樾孤┬盘?hào)（）是以一定速度從泄漏點(diǎn)向周圍傳播的，假設(shè)泄漏信號(hào)傳播到點(diǎn)所需時(shí)間為。，則：衛(wèi)（），這里乙表示從泄漏點(diǎn)到點(diǎn)之間的距離。若在點(diǎn)設(shè)一個(gè)測(cè)漏傳感器，那么接收到的泄漏信號(hào)比泄漏點(diǎn)處的信號(hào)要滯后一段時(shí)間。，這樣點(diǎn)的泄漏信號(hào)為：，（，名）（）（一書（）考慮到泄漏信號(hào)在傳播過程中，周圍介質(zhì)對(duì)它的能量會(huì)產(chǎn)生一定的吸收或衰減作用，且這種衰減作用與傳播距離有關(guān)，故式可改寫為：（，屹）一聲一）（）式中周圍介質(zhì)對(duì)泄漏信號(hào)的衰減系數(shù)。泄漏聲信號(hào)的傳播速度受管道材質(zhì)、管道直徑等因素的影響卅。泄漏聲信號(hào)傳播的快慢決定于介質(zhì)的可壓縮性，即輸水管道中的水介質(zhì)的彈性系數(shù)。輸水管道中的水介質(zhì)的彈性系數(shù)受到管壁限制，所以

29、不等于開闊空間里的水介質(zhì)的彈性系數(shù)。實(shí)際上管壁并非絕對(duì)剛硬，而是具有一定的彈性和粘滯性，并對(duì)管內(nèi)聲波的傳播有一定的阻力?？傊?，聲波在管中的傳播速度受到管壁的影響。泄漏聲信號(hào)的在鑄鐵、鋼等金屬管道中傳播速度比較快，而在、等塑料管中比較慢。在同一材質(zhì)的供水管道中，隨著管道直徑的增加，泄漏聲信號(hào)的傳播速度逐漸減小。不同管道材質(zhì)和管徑條件下泄漏聲信號(hào)的傳播速度經(jīng)驗(yàn)值如下表所示。哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文表不同供水管道上聲音傳播速度的經(jīng)驗(yàn)值（）管徑（加）鑄鐵鋼鉛銅石棉水泥相關(guān)檢漏的理論依據(jù)時(shí)域相關(guān)分析最主要的是利用數(shù)據(jù)產(chǎn)生的先后順序，來研究信號(hào)自身或兩信號(hào)之間的相互關(guān)系，即自相關(guān)和互相關(guān)，它們是分析和處

30、理信號(hào)的重要手段。利用信號(hào)的自相關(guān)，可判定信號(hào)是否含有周期成分；利用信號(hào)的互相關(guān)，可判定信號(hào)源位置、信號(hào)傳播速度等。利用基于聲學(xué)或電子學(xué)原理的測(cè)量裝置一般可確定管道或管道附近上有無漏點(diǎn)，并對(duì)漏點(diǎn)進(jìn)行定位。聲學(xué)測(cè)漏法包括聽音測(cè)漏法和聲學(xué)相關(guān)法兩種。利用昕音法可以很容易的找出露水量大于的漏點(diǎn)，利用聲學(xué)相關(guān)法可準(zhǔn)確的找出漏水量低于的漏點(diǎn)川。其檢漏流程如圖所示。哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文檢漏前的準(zhǔn)備工作上現(xiàn)場(chǎng)勘察上聽音桿確定漏水管段上相關(guān)儀定位漏點(diǎn)位置上地面聽漏儀確認(rèn)漏點(diǎn)位置上鉆孔或打地釬驗(yàn)證漏水點(diǎn)上開挖修復(fù)上出報(bào)告圖埋地管道檢漏流程運(yùn)用相關(guān)辨識(shí)技術(shù)，對(duì)管道進(jìn)行泄漏檢測(cè)和漏點(diǎn)定位，是一項(xiàng)較為成熟的檢漏

31、技術(shù)。它綜合了信號(hào)檢測(cè)、處理、傳輸和微機(jī)應(yīng)用等技術(shù)，其應(yīng)用取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。管道相關(guān)檢漏技術(shù)通過對(duì)泄漏引發(fā)的振動(dòng)信號(hào)的處理來完成檢漏工作，根據(jù)管網(wǎng)系統(tǒng)中聲信號(hào)產(chǎn)生和傳播規(guī)律，對(duì)漏點(diǎn)聲信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并做相關(guān)分析，從而確定管網(wǎng)漏點(diǎn)位置。檢漏原理如圖所示，管壁上漏點(diǎn)處的泄漏引起向漏點(diǎn)兩側(cè)管道中傳播的聲信號(hào)（），在，兩處觀測(cè)點(diǎn)用傳感器檢測(cè)此泄漏信號(hào)。觀測(cè)點(diǎn)處的水聲聲壓信號(hào)為：而（）（）（）（）口（）（）式中，如分別為管道內(nèi)聲波自漏點(diǎn)傳播到測(cè)點(diǎn)和漏點(diǎn)所需的時(shí)間，分別為相應(yīng)的衰減因子。（），（）分別為，兩點(diǎn)所測(cè)的信號(hào)，。若已知五（）與恐（）的相對(duì)時(shí)延，根據(jù)管中聲速和己知的，兩點(diǎn)的有效間距就可以決定漏點(diǎn)位

32、置。三圭（功（）哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文式中是流體聲速，而時(shí)延可通過五）和）的互相關(guān)分析確定，取足夠長的時(shí)間間隔，）和而）間的互相關(guān)函數(shù)由下式定義：（）（，）（）（）圖聲相關(guān)檢測(cè)原理圖設(shè)漏點(diǎn)聲信號(hào)（）為隨機(jī)信號(hào)，互相關(guān)函數(shù)。（）在處有明顯的極大值，如圖。因此，由墨。（）一關(guān)系曲線的峰值位置就可以確定值，從而根據(jù)式（）可以確定漏點(diǎn)的位置。如果泄漏點(diǎn)在，兩測(cè)試點(diǎn)之外，則相對(duì)時(shí)延滿足公式（）。世、根據(jù)式（），漏點(diǎn)的位置雖然不能夠確定，但可以判斷出在（或）的外側(cè)。圖互相關(guān)函數(shù)圖時(shí)延估計(jì)時(shí)間延遲估計(jì)是近年來國際信號(hào)處理界的一個(gè)研究熱點(diǎn)它在聲納、雷達(dá)、生物醫(yī)學(xué)和地球物理等領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。時(shí)間延遲是表

33、征信號(hào)哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文的一個(gè)基本參量，對(duì)時(shí)間延遲及其有關(guān)參量估計(jì)的研究，一直是信號(hào)處理領(lǐng)域中一個(gè)十分活躍的研究課題。時(shí)間延遲估計(jì)研究對(duì)信號(hào)處理、現(xiàn)代譜估計(jì)、時(shí)間序列分析及相關(guān)技術(shù)等提出了新的要求，促進(jìn)了這些學(xué)科和技術(shù)的進(jìn)步。時(shí)延估計(jì)的基本概念所謂的時(shí)間延遲是指接收器陣列中不同接收器所接收到的同源帶噪聲信號(hào)之間由于信號(hào)傳輸距離不同而引起的時(shí)間差。時(shí)間延遲估計(jì)是指利用參數(shù)估計(jì)、信號(hào)處理理論和方法，對(duì)上述時(shí)間延遲進(jìn)行估計(jì)和測(cè)定，并由此進(jìn)一步確定其他的有關(guān)參數(shù)，如信源目標(biāo)的距離、方位、運(yùn)動(dòng)方向和速度等?；绢愋汀８鶕?jù)目標(biāo)信號(hào)源和檢測(cè)系統(tǒng)的不同，時(shí)間延遲估計(jì)可以分為：主動(dòng)時(shí)間延遲估計(jì)和被動(dòng)時(shí)間

34、延遲估計(jì)。主動(dòng)時(shí)間延遲估計(jì)的典型例子就是主動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)，雷達(dá)主動(dòng)發(fā)出電磁波搜尋目標(biāo)，當(dāng)信號(hào)遇到目標(biāo)后，其中一部分信號(hào)發(fā)射回雷達(dá)接收系統(tǒng)，根據(jù)信號(hào)發(fā)出時(shí)刻與返回時(shí)刻的時(shí)間差，就可以確定發(fā)射信號(hào)的目標(biāo)方位、距離等參量。與主動(dòng)時(shí)間延遲估計(jì)不同，被動(dòng)時(shí)間延遲估計(jì)系統(tǒng)不主動(dòng)發(fā)出信號(hào)，而是接收目標(biāo)發(fā)出的電磁波或聲波去搜尋目標(biāo)。這種方法不能控制接收信號(hào)的大小。在本文中所講述的類型就是被動(dòng)時(shí)間延遲?；締栴}。時(shí)間延遲估計(jì)所要解決的基本問題就是：準(zhǔn)確、迅速地估計(jì)和測(cè)定接收器接收到的同源信號(hào)之間的時(shí)間延遲。由于在接收現(xiàn)場(chǎng)可能存在各種噪聲和干擾，接收到的目標(biāo)信號(hào)往往淹沒于噪聲和干擾之中，因此，對(duì)帶噪聲信號(hào)進(jìn)行時(shí)延估計(jì)

35、時(shí)，首先要排除噪聲和干擾的影響，提高接收信號(hào)的信噪比。基本模型。在被動(dòng)時(shí)間延遲估計(jì)問題中，通常都是假定信號(hào)在信道中是以無色散球面波的形式傳播的。為了便于分析和處理，常常將信號(hào)源和接收器考慮在同一平面內(nèi)。時(shí)間延遲估計(jì)系統(tǒng)的基本模型為雙基元模型，即有兩個(gè)接收器，如圖所示。圖中、為相距為的兩個(gè)接收器，為目標(biāo)信源。設(shè)、接收到的信號(hào)分別為五）與（）：）（）噲爾濱工程大學(xué)琰七學(xué)位論文恐（）（）（）（一）式中，）為豳標(biāo)信號(hào)，善為時(shí)延真值，磊為兩信道接收信號(hào)的差異因子（如無差羿，），碡與鐫國分剃茺接收割酶背景嗓聲。通常骰竣葶囝、毪）和（）均為實(shí)的正態(tài)平穩(wěn)隨機(jī)過程，且三者互不相關(guān)。蓍考慮離散系統(tǒng)，則有為（彪（）

36、塌（肺（一）恐（妁（）恐（蠡）一）式中膨?yàn)闀r(shí)延對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)，即，兩為系統(tǒng)的采樣頻率。式（）和式（）就是時(shí)延估計(jì)的二基元模型的數(shù)學(xué)表示。圖雙基元模型。時(shí)延饋計(jì)的方法時(shí)間延遮是表征信號(hào)的一個(gè)基本參量。對(duì)于時(shí)間延遲的估計(jì)，已經(jīng)提出了許多時(shí)延估計(jì)的方法。其中，廣義穗關(guān)法、廣義相位譜法、廣義雙譜或離階累積量法和蠢適應(yīng)法是幾種基本的時(shí)延估計(jì)方法。這幾種方法從不同的原理出發(fā)，采用不同的手段褥到時(shí)延估值。廣義耩關(guān)時(shí)延估計(jì)。廣義時(shí)延估計(jì)法是一種最基本的時(shí)延估計(jì)方法，其基本思想是利用公式（。）戇兩個(gè)接收信號(hào)麓廣義相關(guān)委數(shù)來菇計(jì)時(shí)聞延遲。所謂廣義穗關(guān)蘧數(shù)，就是對(duì)硝（憊）和（彪）求取相關(guān)之前，先對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行預(yù)濾波處

37、理，它等效于在頻域痰鰉燕權(quán)處理，遮有莉予加強(qiáng)信號(hào)串源信號(hào)的譜分量，提高信噪比，從而獲得更高的時(shí)延估計(jì)精度。通常使用的廣義加權(quán)方法有（以名字禽名）加權(quán)、（平滑榻于變換加權(quán)、搬位交換）加衩、（最大似然）鴦籍權(quán)、（以。和二入名字命名）加權(quán)及維納處理器（）加權(quán)等。廣義耪位譜時(shí)延鑣計(jì)法。在信號(hào)分析中，相位譜和幅度譜具有相同重要的地位。由維納辛欽定理可知，信號(hào)酶稠關(guān)函數(shù)與其功率譜是互為博立時(shí)變換。囂姥，在對(duì)闋域壺相噲爾濱工稷大學(xué)碩士學(xué)位論文關(guān)函數(shù)得到的時(shí)延信息，同樣可以在頻域由功率譜的相位譜得到。也就是說，信號(hào)之間的相似性，既可以用相關(guān)函數(shù)在時(shí)間域比較，也可以用功率譜密度醋數(shù)在頻域來院較。廣義相位譜時(shí)延估

38、計(jì)針對(duì)信號(hào)功率譜不夠平坦對(duì)靜時(shí)延估計(jì)精度下降問題，采取對(duì)相位譜的回歸直線進(jìn)行加權(quán)平均，從而使時(shí)延估計(jì)更加精確。廣義雙譜時(shí)延估計(jì)法。雙譜定義蔻售號(hào)三階累積基或三階矩酶二維傅立時(shí)變換，幫劣（石，以）燃（，）（一（）（一）礦；式孛，露磊，磊）表示雙譜交數(shù)，霞，虜表示信號(hào)的三除簌或三階累計(jì)量。若接收信號(hào)中（尼）為非正態(tài)分布的平穩(wěn)隨機(jī)序列，而確（）和悠（露）為正態(tài)分布統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的芷態(tài)隧規(guī)孝裂，藪鴦零均值平穩(wěn)藏斯隨機(jī)痔剃漿三階矩恒炎零，則信號(hào)而）與）之間的相似可用三階矩或雙譜來度量。這種方法可有效黥消除正態(tài)噪聲的影響，褥割較精確的融延估計(jì)值。利用廣義雙譜的時(shí)延彳古計(jì)方法需要更長的數(shù)據(jù)和更大的計(jì)算量。自適應(yīng)時(shí)

39、延估計(jì)法。崗適疲濾波時(shí)延估計(jì)也稱蕘?zhàn)钚⊙练秸`差法，是基于癌適應(yīng)濾波器瑚京適應(yīng)信號(hào)處理技術(shù)的，它是采用最小均方誤差準(zhǔn)則下的迭代算法。由于惠適癍濾波器具有在矮優(yōu)準(zhǔn)捌控剩下，囊動(dòng)調(diào)節(jié)魚身結(jié)構(gòu)和參數(shù)并實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的特點(diǎn)，因此自適應(yīng)時(shí)延估計(jì)系統(tǒng)和方法不依賴于有關(guān)信號(hào)和噪聲的先驗(yàn)知黿避，麗且可以適用予信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性變化熬時(shí)變環(huán)境。它的缺熹是：濾波器的階數(shù)不能太小，否則無法確定真實(shí)的時(shí)延值；迭代步長不能過小，否則計(jì)算量大，收斂速度太慢；迭代步長不麓過大，孬受會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)數(shù)。本章小結(jié)本章梵全文酶理論基破，論文酶盛續(xù)設(shè)計(jì)開發(fā)應(yīng)用都是依本章黔理論熟識(shí)做指導(dǎo)進(jìn)行的。側(cè)重介紹了三個(gè)方面的原理知識(shí)，首先是聲音在管道上的傳播機(jī)

40、理，通過對(duì)該撬理的分析，得如泄漏信號(hào)的數(shù)學(xué)模型，該模型提供了后續(xù)麴理論推導(dǎo)依據(jù)，同時(shí)還給出了泄漏信號(hào)沿管道傳播的衰減公式以及管道上傳播速度的經(jīng)驗(yàn)值；其次基于一般的測(cè)漏模式，利用泄漏信號(hào)的傳播機(jī)哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文理，推導(dǎo)出普通意義下的相關(guān)函數(shù)表達(dá)式以及由表達(dá)式得出的漏點(diǎn)距離公式，進(jìn)而給出具有實(shí)際應(yīng)用意義的相關(guān)法測(cè)漏公式；最后，詳細(xì)介紹了時(shí)延估計(jì)的概念，并簡單介紹了幾種時(shí)延估計(jì)的方法。第章泄漏信號(hào)的處理自來水管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)中，信號(hào)處理部分是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵核心環(huán)節(jié)。由于存在環(huán)境噪聲和系統(tǒng)的采樣噪聲，要求我們對(duì)采集的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波處理，提高信噪比。通過對(duì)采集的泄漏聲信號(hào)進(jìn)行分析和廣義互相關(guān)

41、分析，得到泄漏盧信號(hào)的功率譜特征信息和雙通道信號(hào)的時(shí)延信息。功率譜泄漏聲發(fā)射信號(hào)通常具有很寬的頻譜，既包括可聽聲波范圍內(nèi)的頻率成分，又包括超聲頻段內(nèi)的頻率成分。這些頻率成分的信號(hào)或噪聲都可能沿著泄漏管道傳播到檢測(cè)傳感器，因此，泄漏信號(hào)的頻譜有豐富的頻率成分。如圖所示，從頻率范圍都有一定的泄漏信號(hào)存在。我們知道，對(duì)泄漏檢測(cè)有意義的只是某一頻段的信號(hào)，多余的信號(hào)不但無益，而且有害，因此必須對(duì)檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行處理，去掉多余的成分，保留有用的成分。頻域研究的目的就是找出泄漏信號(hào)的主要頻率帶，然后運(yùn)用適當(dāng)?shù)念l率提取方法將泄漏信號(hào)提取出來，或者是選擇適當(dāng)?shù)臑V波方法將次要的泄漏信號(hào)和噪聲信號(hào)濾除。從而使泄漏定

42、位的準(zhǔn)確性和可靠性得以提高。罷圖泄漏信號(hào)頻譜圖確定性信號(hào)的傅里葉變換是將它分解成有限或無限多個(gè)簡諧振動(dòng)的疊加，來揭示它的頻譜結(jié)構(gòu)。那么，對(duì)屬于隨機(jī)信號(hào)的泄漏聲發(fā)射信號(hào)來說，它的頻譜結(jié)構(gòu)是怎樣的呢？能否和確定性信號(hào)一樣可以采用傅里葉變換來研哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文究它的譜結(jié)構(gòu)呢？隨機(jī)信號(hào)由于它的持續(xù)期為無限長，因而它不滿足絕對(duì)可積與能量可積條件，因此它的傅里葉變換不存在，不能用它來確定此類信號(hào)的頻譜。但自相關(guān)函數(shù)作為隨機(jī)信號(hào)的一個(gè)非常重要的統(tǒng)計(jì)特征卻保存有該信號(hào)的一切頻率成分，同時(shí)以能量的形式保存了信號(hào)的幅值信息。而且隨機(jī)信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)是一個(gè)確定函數(shù)，它的傅里葉變換是存在的。故可以通過對(duì)隨機(jī)

43、信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)進(jìn)行傅里變換來達(dá)到對(duì)它進(jìn)行頻譜分析的目的。這就是維納辛欽定理揭示的隨機(jī)信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)與其功率譜之間關(guān)系，是一對(duì)傅立葉變換，即：巴最（國）足（）國（一）巴疋（）亡，（）歸（一）么萬二事實(shí)上，隨機(jī)信號(hào)雖然能量是無限的，但其功率卻不一定是無限的，因?yàn)楣β适菃挝粫r(shí)間內(nèi)所包含的能量，因而可以用功率譜來描述其頻率特征。由此可見：功率譜將功率與頻率聯(lián)系在一起，分析聲發(fā)射信號(hào)的功率譜，可以知道泄漏信號(hào)的頻率及功率之間的關(guān)系，有泄漏時(shí)信號(hào)的幅值要高于無泄漏時(shí)信號(hào)的幅值，可以推斷有泄漏時(shí)的能量比無泄漏時(shí)能量大，那么對(duì)同樣時(shí)長的泄漏信號(hào)和無泄漏信號(hào)分別進(jìn)行功率譜分析，則在泄漏信號(hào)的頻率范圍內(nèi)，有泄

44、漏時(shí)信號(hào)的功率肯定會(huì)大于無泄漏時(shí)的功率值。因此，用功率譜的差別來判斷有無泄漏是一種有效的方法。對(duì)泄漏信號(hào)進(jìn)行功率譜計(jì)算，在實(shí)驗(yàn)室條件下計(jì)算得到的功率譜曲線如圖，如圖可以確定泄漏信號(hào)的主要頻帶。從圖可看到：在附近的頻帶范圍內(nèi)，有最大的功率譜值，因此附近應(yīng)是泄漏信號(hào)的主要頻帶區(qū)。如果對(duì)連續(xù)采集的泄漏信號(hào)進(jìn)行分段功率譜估計(jì)，并計(jì)算該頻帶的譜值，將其作為監(jiān)測(cè)和定位依據(jù)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)泄漏的檢測(cè)。功率譜估計(jì)的常用方法是直接法。直接法是利用快速傅立葉變換算法對(duì)有限長度的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行傅氏變換得到功率譜的方法，又叫周期圖法。建立在傅立葉變換能量定理基礎(chǔ)上的經(jīng)典的周期圖方法能夠快速的實(shí)現(xiàn)隨機(jī)信號(hào)的功率譜估計(jì)，解決了

45、間接法的運(yùn)算量大的確定。但是基本的周期圖估篁壘童三至奎蘭罌圭蘭堡絲圣計(jì)方法的效果不是很好，它的估計(jì)方差比較大，而且方差不會(huì)隨著數(shù)據(jù)長度的增加而減小。圖泄漏信號(hào)功率譜圖在系統(tǒng)中我們使用改進(jìn)的甲均周期圖法對(duì)信號(hào)的功率譜進(jìn)行估計(jì)。改進(jìn)的平均周期圖法采用平均法來降低功率譜密度函數(shù)估計(jì)的方差。該方法是將隨機(jī)信號(hào)的數(shù)據(jù)分為若干段，并允許每段數(shù)據(jù)有部分重疊，分別求出每段數(shù)據(jù)的功率譜，然后加以平均。由于在處理過程中使用了快速傅立葉變換，因此用平均周期圖法計(jì)算功率譜密度函數(shù)估計(jì)是非常迅速的。泄漏信號(hào)的去噪處理泄漏信號(hào)的噪聲和干擾成分很復(fù)雜，有環(huán)境的噪聲、檢測(cè)電路的噪聲、還有聲波傳播路徑中存在的不確定性因素的影響

46、”，濾波時(shí)要將噪聲和干擾完全濾除是非常困難和費(fèi)時(shí)的，在工程上常用的辦法是從經(jīng)濟(jì)實(shí)用的角度出發(fā)，選擇合適的濾波策略，比如多種濾波方法的組合，使噪聲信號(hào)對(duì)有用信號(hào)的影響降到一個(gè)可以接收的程度。數(shù)字濾波器濾波器的作用是對(duì)信號(hào)進(jìn)行篩選，只讓特定頻段的信號(hào)通過。經(jīng)典濾波器假定輸入信號(hào)中的有用成分和噪聲成分各占不同的頻帶，通過濾波器后，可將噪聲成分有效除去。但如果信號(hào)和噪聲的頻譜互相重疊，那么經(jīng)典濾波器將無能為力?，F(xiàn)代濾波器理論研究的主要內(nèi)容是從含有噪聲的數(shù)據(jù)記錄中估計(jì)出信號(hào)的某些特征或信號(hào)本身。一旦信號(hào)被估計(jì)出，那么估計(jì)出的信號(hào)哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文與原信號(hào)相比會(huì)有高的信噪比。如果濾波器的輸入、輸出

47、都是離散時(shí)間信號(hào)，那么該濾波器的沖擊響應(yīng)也必然是離散的，稱這樣的濾波器為數(shù)字濾波器¨引。設(shè)辦（胛），是濾波器的沖擊響應(yīng)。一個(gè)線性時(shí)不變因果濾波器若對(duì)所有珂，有力（玎），則稱其為有限沖擊響應(yīng)濾波器（，），否則稱之為無限沖擊響應(yīng)濾波器（，）。常用的濾波器有巴特沃斯（）濾波器、切比雪夫（）濾波器、橢圓（）濾波器和貝賽爾（）濾波器。各濾波器有各自的特點(diǎn)，用途也不盡相同。提供了多種常用的濾波器，可以很方便的應(yīng)用。本文的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)就選用了巴特沃斯濾波器。巴特沃斯濾波器有最平滑的頻率響應(yīng)，在截?cái)囝l率以外，頻率響應(yīng)單調(diào)下降。在通帶中是理想的單位響應(yīng)，在阻帶中響應(yīng)為零。在截?cái)囝l率處有衰減。巴特沃斯濾波器的優(yōu)點(diǎn)是具有平滑的單調(diào)遞減的頻率響應(yīng)。過渡帶的陡峭程度正比于濾波器的階數(shù)。高階巴特沃斯低通濾波器的頻率響應(yīng)近似于理想低通濾波器。本文選用了七階的巴特沃斯濾波器，濾波效果圖見圖，圖。小波去噪我們知道小波變換實(shí)際上是將信號(hào)通過高通和低通兩組濾波器，把信號(hào)分解為高頻和低頻兩部分。對(duì)于平穩(wěn)信號(hào)而言，信號(hào)的能量大部分