【摘 要】
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本文基于电磁感应原理的地下金属管线探测方法,分别设计了管线探测仪发射机和接收机系统结构。发射机系统实现将特定幅值和频率的交流电信号输入至地下管线内,从而使得管线周围产生同频的磁信号。接收机系统则通过探测线圈将管线周围所产生的磁信号转换为电压信号。产生的感应电压上叠加了不同成分的混合噪声,其中包括电网噪声下的基波噪声和各奇次谐波噪声,以及高斯白噪声。在天线电路部分添加工频噪声陷波电路和程控放大电路,
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本文基于电磁感应原理的地下金属管线探测方法,分别设计了管线探测仪发射机和接收机系统结构。发射机系统实现将特定幅值和频率的交流电信号输入至地下管线内,从而使得管线周围产生同频的磁信号。接收机系统则通过探测线圈将管线周围所产生的磁信号转换为电压信号。产生的感应电压上叠加了不同成分的混合噪声,其中包括电网噪声下的基波噪声和各奇次谐波噪声,以及高斯白噪声。在天线电路部分添加工频噪声陷波电路和程控放大电路,工频陷波电路实现对特定频率的电网噪声的滤除,而程控放大电路则对信号实现适宜倍数的放大,两者共同处理得到的信号满足采集模块采集要求,从而能够实现对信号的采集和进一步处理,并依据所得信号的幅值信息实现对地下管线的定位。接收机所采集的信号自身存在两种问题,分别为信号频率偏移和背景噪声。其中频率偏移会使得信号频谱发生泄露,使得基于频谱分析的幅值检测方法失效。而背景噪声会使得信号的信噪比过低,同样会对信号幅值的提取产生影响。为此本文通过分析信号的频谱范围,采用基于FFT(Fast Fourier Transform)变换的频谱截取方式对带外噪声进行去噪。实现对带外噪声的有效滤除。并采用Duffing振子混沌系统对正弦信号的幅值进行提取。通过仿真,可得在不同成分和不同信噪比下,基于FFT变换去噪的Duffing振子幅值检测方法具有较高的幅值检测精度。为利用Duffing振子混沌系统连续时刻的输出信号幅值之间的关联性,采用赫尔移动平均对输出信号幅值进行再次滤波处理,使得移动平均后的信号幅值线与理论信号幅值线更加接近,从而进一步提高管线定位能力。基于FFT变换去噪、Duffing振子幅值检测和赫尔移动平均滤波构成了本文所提出的综合幅值检测算法。通过与同类型论文所提幅值检测算法相对比,得到本文所提算法得到的信号幅值线与理论信号幅值线之间的误差更小,从而能够进一步提高对管线的定位能力。并通过与同类型产品同时在实验环境和真实地下管线环境内对管线进行定位测试,实现对本文所研究的管线探测仪探测能力的检测。
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