基于聲發(fā)射原理的水管泄漏檢測(cè)定位方法研究與實(shí)驗(yàn).pdf

1、基于聲發(fā)射原理的互相關(guān)泄漏檢測(cè)定位技術(shù)具有檢測(cè)效率高的特點(diǎn)，因此，被廣泛地應(yīng)用于水管泄漏點(diǎn)的定位。泄漏聲發(fā)射信號(hào)沿管壁傳播的速度（聲速）和泄漏信號(hào)傳播到兩端兩個(gè)壓電傳感器的傳播時(shí)間差，是實(shí)現(xiàn)泄漏點(diǎn)定位的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。為此，本文研究聲速和傳播時(shí)間差的測(cè)量方法，研制水管泄漏檢測(cè)定位系統(tǒng)，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行聲速敲擊實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)和泄漏點(diǎn)定位實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了研究的方法以及研制的系統(tǒng)的有效性。
　　提出基于短時(shí)能量與線性擬合的方法測(cè)量聲速。根據(jù)敲擊信

2、號(hào)的特點(diǎn)，對(duì)兩個(gè)壓電傳感器同步拾取的兩路敲擊信號(hào)進(jìn)行濾波、歸一化預(yù)處理;求平方，計(jì)算短時(shí)能量;根據(jù)短時(shí)能量曲線設(shè)立閡值，得到兩路敲擊信號(hào)的起始點(diǎn);利用起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間差，計(jì)算敲擊信號(hào)在兩個(gè)傳感器之間的傳播時(shí)間差，進(jìn)而得到水管的真實(shí)聲速。給出定性和定量評(píng)價(jià)該方法的性能指標(biāo)。該方法能夠去除尖峰毛刺噪聲的干擾，比直接閾值法具備更強(qiáng)的抗干擾能力。
　　采用廣義互相關(guān)方法測(cè)量泄漏信號(hào)的傳播時(shí)間差。通過(guò)對(duì)比互相關(guān)、自適應(yīng)以及倒頻譜這三種傳播時(shí)

3、間差的測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇廣義互相關(guān)方法來(lái)處理泄漏信號(hào)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定泄漏信號(hào)的主要分布頻帶;根據(jù)泄漏信號(hào)的特點(diǎn)，選擇四階的巴特沃斯帶通濾波器對(duì)兩路泄漏信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，提高泄漏信號(hào)的信噪比;對(duì)預(yù)處理后的兩路泄漏信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)，從而提高傳播時(shí)間差的測(cè)量精度。
　　研制水管泄漏檢測(cè)定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)上述信號(hào)處理方法。系統(tǒng)由兩個(gè)從機(jī)、一個(gè)無(wú)線接收端以及上位機(jī)組成。采用MSP430F5529超低功耗單片機(jī)，研制兩個(gè)從機(jī)。從機(jī)采用電池供電，解決

4、了現(xiàn)場(chǎng)無(wú)外部電源的問(wèn)題。通過(guò)GPS模塊納秒級(jí)別的同步授時(shí)功能，解決兩個(gè)從機(jī)在異地之間的同步采樣的問(wèn)題。采用2.4G無(wú)線的通信方式，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)從機(jī)與無(wú)線接收端之間的通信，解決在泄漏點(diǎn)定位過(guò)程中，兩個(gè)從機(jī)之間的距離受限制的問(wèn)題。采用MATLAB語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)上位機(jī)的GUI(圖形用戶界面)軟件，實(shí)現(xiàn)上述的信號(hào)處理方法，不受計(jì)算量的限制，取得了較好的效果。
　　在實(shí)驗(yàn)室搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，分別進(jìn)行聲速敲擊實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)和泄漏點(diǎn)定位實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證上述信號(hào)處理方法