【摘 要】
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基于声发射原理的互相关泄漏检测定位技术具有检测效率高的特点,因此,被广泛地应用于水管泄漏点的定位。泄漏声发射信号沿管壁传播的速度(声速)和泄漏信号传播到两端两个压电
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基于声发射原理的互相关泄漏检测定位技术具有检测效率高的特点,因此,被广泛地应用于水管泄漏点的定位。泄漏声发射信号沿管壁传播的速度(声速)和泄漏信号传播到两端两个压电传感器的传播时间差,是实现泄漏点定位的两个关键参数。为此,本文研究声速和传播时间差的测量方法,研制水管泄漏检测定位系统,搭建实验平台,进行声速敲击实测实验和泄漏点定位实验,验证了研究的方法以及研制的系统的有效性。提出基于短时能量与线性拟合的方法测量声速。根据敲击信号的特点,对两个压电传感器同步拾取的两路敲击信号进行滤波、归一化预处理;求平方,计算短时能量;根据短时能量曲线设立阈值,得到两路敲击信号的起始点;利用起始点对应的时间差,计算敲击信号在两个传感器之间的传播时间差,进而得到水管的真实声速。给出定性和定量评价该方法的性能指标。该方法能够去除尖峰毛刺噪声的干扰,比直接阈值法具备更强的抗干扰能力。采用广义互相关方法测量泄漏信号的传播时间差。通过对比互相关、自适应以及倒频谱这三种传播时间差的测量方法的优缺点,选择广义互相关方法来处理泄漏信号。通过实验确定泄漏信号的主要分布频带;根据泄漏信号的特点,选择四阶的巴特沃斯带通滤波器对两路泄漏信号进行预处理,提高泄漏信号的信噪比;对预处理后的两路泄漏信号进行互相关,从而提高传播时间差的测量精度。研制水管泄漏检测定位系统,实现上述信号处理方法。系统由两个从机、一个无线接收端以及上位机组成。采用MSP430F5529超低功耗单片机,研制两个从机。从机采用电池供电,解决了现场无外部电源的问题。通过GPS模块纳秒级别的同步授时功能,解决两个从机在异地之间的同步采样的问题。采用2.4G无线的通信方式,实现两个从机与无线接收端之间的通信,解决在泄漏点定位过程中,两个从机之间的距离受限制的问题。采用MATLAB语言,开发上位机的GUI(图形用户界面)软件,实现上述的信号处理方法,不受计算量的限制,取得了较好的效果。在实验室搭建实验平台,分别进行声速敲击实测实验和泄漏点定位实验,验证上述信号处理方法和系统的有效性。实验结果表明,对于外径为25mm的镀锌管,通过敲击实测得到的声速为1623.9m/s;结合实测的声速,实现了泄漏点的定位,定位的最大相对误差小于6.6%。
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