【正文】 管道中的數(shù)據(jù)。當(dāng)長輸管道發(fā)生泄漏時，管道的泄漏會導(dǎo)致管道內(nèi)外的壓差，使得泄漏處的壓力突降，由于壓差的存在，泄漏處周圍的液體會向泄漏處補充，負壓波因此產(chǎn)生。較快的響應(yīng)速度和較高的定位精度便是選擇研究負壓波的原因。4．根據(jù)系統(tǒng)功能要求，設(shè)計了輸油管道泄漏檢測的硬件系統(tǒng)，包括傳感器、主控單元和 GPRS 等。管道的泄漏指標(biāo)，在外因的影響下，運行速度快，運行時間長，運行距離遠。在一些油中傳播的速率可達 11001300m/s。如果對漏油指標(biāo)處理得好，也會獲得很好的經(jīng)濟利益，在發(fā)生漏油事故時要正確恰當(dāng)處理。由于漏油時管道壓力和壓強的變化劇烈，與普通認為無操作引起的壓力和壓強相差甚大，所以認為操作失誤還是管道本身泄露是能被鑒別出來的。管道輸送的總流程可以大致分為油田內(nèi)部或油田之間相互輸送、各個儲油、加工油工廠之間相互輸送、加油站各個用油廠之間的相互輸送、各個學(xué)校、工廠政府、企業(yè)之間的相互輸送，輸送管道四通八達，為成品油輸送渠道提供便利。除去管道的開頭和結(jié)尾就是第二站，第二站是第一站的深加工，將第一站運來的油進行加壓、加溫處理，這一站對輸油的設(shè)備有很高要求，需要經(jīng)常對設(shè)備進行檢查維護避免發(fā)生事故影響油的運輸，也可以避免造成人身和財產(chǎn)損失。在這一站中，如果有要求有的各個品質(zhì)，就需要對油進行各種預(yù)處理包括對油進行加溫、加壓后再根據(jù)要求，往各有需求的地方運送。管道的第二站也就相應(yīng)的和加油站的中間環(huán)節(jié)相對應(yīng)。如果管道選址選的好，不僅有利于油的輸送，也有利于油的生產(chǎn)配送安全。K)T——油品溫度，單位 Kg——重力加速度，單位 m/s 2D——管道內(nèi)徑，單位 mt——時間變量，單位 sK——熱油管道的總熱傳遞系數(shù)，單位 W/(m k)2V——介質(zhì)流速，單位 m/sT ——地溫，單位 K0x——管道位置變量，單位 m——管道水力摩阻系數(shù)? 負壓波泄漏檢測定位原理齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）6負壓波定位原理示意圖 22 如下，設(shè)發(fā)生泄漏時刻為 t (s)，t (s)，即負壓波傳播到12管道上、下游傳感器時，傳感器捕捉到負壓波到達時的時間；設(shè)管道上下游之間的距離為 L(m)；泄漏點到管道上游的距離 X(m)；負壓波傳播速度為 v(m/s)。有以下方程： (29)??????uvxLt21將上式代入式(28)，得到了修正之后的負壓波定位公式：X= (210)vt2)()??通過對負壓波定位公式(210)的分析和對管道的分析可知，負壓波法檢測定位的關(guān)鍵在于以下幾點：齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）7(1)負壓波在管道中轉(zhuǎn)播的速度的確定。在一般的負壓波檢測定位的方法中，負壓波在輸油管道中傳播的速度 v 一般被定為常值。即負壓波的傳播速度與液體的類型和管道的性質(zhì)有關(guān)，而管道壁的材料變形特性以及管道壁的彈性決定了管道的性質(zhì)。一下是對上述提到的各個參數(shù)進行研究：1． K液體隨著外界壓力的變化，液體的體積也發(fā)生變化即為液體的體積彈性系數(shù)。而原油的主要成分就是烴類液體。管壁內(nèi)、外側(cè)應(yīng)力明顯不同的管道即是厚壁管，由于管壁應(yīng)力分布不均的原因，管道的變形特性也隨之改變，波速方程也因此而變得復(fù)雜。而差值 是可檢測到的值，為了確定泄漏點的位置21t???x ，可采用細分的搜索方法。本設(shè)計主要研究的是數(shù)據(jù)的采集以及傳送階段。信號采集模塊又包括壓力采集模塊，流量采集模塊和溫度采集模塊?？砷W存，可更改內(nèi)容，而且使用的是36V 以內(nèi)的電壓，使用時安全系數(shù)很高?？梢哉f AT89C51 在一定程度上加快了微型計算機的進程。(2)傳感器要與需要檢測、控制的系統(tǒng)良好的匹配，轉(zhuǎn)換的速度快，輸出的信號要與輸入的信號相對應(yīng)。壓力傳感器采用DJ20B型壓力傳感器。其輸入信號為4~20mA電流。電路圖如圖33所示：齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）1432 184U1A32 184U2A12PT1PF3PF2PF1VCCVCCVCCR110KC1REF1VDD2+IN3IN4GND 8DK 7VO 6/CS 5AD7684圖33 壓力采集模塊電路圖其中，在電路的緩沖部分，為了減少“自動”啟動誤觸發(fā)的可能性，提高系統(tǒng)的輸入阻抗，減少對被測信號的衰減影響等諸方面考慮，采用電壓跟隨器。此時，當(dāng)DKCS不斷的得到脈沖信號時，Vo 將不斷的輸出數(shù)據(jù)。該傳感器有以下特點：(1)沒有可動部件，構(gòu)造簡單而牢固，長期運行可靠，使用壽命長。(5)結(jié)構(gòu)簡單牢固、維護方便、安裝費用較低。此模塊的電路圖如圖34所示：齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）15THR 7DIS 6Q 5R3TRIG2Cvolt1 GND8VCC4NE555NC1IN+2IN3NC4 VCC 5EN 6OUT 7GND 8VCCR4C10VCCR32FT圖34 流量信號采集模塊電路圖4．溫度信號采集模塊在此模塊中，溫度傳感器采用YYW200一體化溫度變送器，該傳感器具有集溫度檢測與信號處于一體，標(biāo)準(zhǔn)接插件出線，體積小巧，線性化輸出1~5V標(biāo)準(zhǔn)信號。此模塊的電路圖如圖35 所示：32 1411U3AVCC R210k12PT2REF1VDD2+IN3IN4GND 8DK 7VO 6/CS 5AD7684VCC圖35 溫度信號采集模塊電路圖 無限通信GPRS模塊GPRS是分組交換技術(shù)，具有“高速”和“永久在線”的優(yōu)點。 MC52i本課題選用的GPRS模塊是西門子的MC52i。GPRS上的RXD0口是用來向單片機發(fā)送數(shù)據(jù)的，單片機上的RXD口用來接收從GPRS模塊傳來的數(shù)據(jù)。當(dāng)硬件部分明確后，軟件部分以硬件部分為基礎(chǔ)，軟件部分的具體內(nèi)容也就隨著產(chǎn)生。本設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件包括：系統(tǒng)初始化、信號讀取及處理、實時時鐘及數(shù)據(jù)發(fā)送。但是，由于在管道處于運行的過程中有著許多的問題，其中包括大量的干擾信號，在采集著音波信號的同時還會采集到大量的噪聲信號。在時域，頻域?qū)π盘栠M行多層分解和多尺度分析使用小波分析是再合適不過的了。但是，其特點是品質(zhì)因數(shù)為常數(shù) Q= ，即雖然不)( 02能同時獲得高的時域或頻域分辨率，但分辨率是隨尺度 a 變化的，即能夠?qū)崿F(xiàn)高頻的頻率分辨率低，低頻的頻率分辨率高，這是做信號處理所希望的。低通濾波對于信號中高于截止頻率的信號進行去除，將低于截止頻率的信號進行保留。這樣，信號經(jīng)過簡單的低通濾波后將違反奈奎斯特準(zhǔn)則 [16]。綜上所述，信號中的高頻信號雖然通過簡單的低通濾波后在對得到的采樣信號的影響去除了，但是信號中所包含的信息量也只剩下一半，因此，信號的分辨率也降低了，只有原來分辨率的一半。h (2xn) 中， 是{V }生成元， 是 的標(biāo)準(zhǔn)正交基。d2 00 基于小波變換的濾波方法通過對小波變換的理論分析后，我們可以得到下面的方法進行濾波，小波變換可以進行帶通濾波，我們將信號分為不同的頻帶，也就是將信號的大小范圍劃分成三個或更多的范圍，而不像低通濾波那樣僅僅將信號分成兩個不同的大小范圍，通過設(shè)定不同的尺度參數(shù)來確定小波空間的大小或濾波頻帶的帶寬，各小波空間的大小經(jīng)正交小波變換后無交集存在，因此，當(dāng)采集的音波信號中含有噪聲時，信號中的有用的音波成分和噪聲在頻域上會呈現(xiàn)分離特性，采集到整體信號通過小波變換后將信號分到不同的頻帶，這樣處理信號以后，有用的音波信號和噪聲信號將被分離，將帶有噪聲的頻帶信號置零。這種情況下我們可以通過信號的小波包分解，就是將噪聲部分的頻帶刪除，保留所需的頻帶信號，我們通過更細致地將頻帶劃分，這樣去除的噪聲中含有的音波信號更少，從而使保留下來的頻帶信號中噪聲的成分也更少。而傳統(tǒng)的方法很難提取這種比較弱的信號，但是小波分析采用分頻的方法對這種信號處理有非常好的效果。(3)在對硬件電路進行設(shè)計時，要考慮的 TTL 或 CMOS 的邏輯電平。 Pipelines International，1993，26(8)：2629.[13] 方志豪．晶體管低噪聲電路[M]．第四版．北京：科學(xué)出版社，2022：5969.[14] Brian Wray, Chuck Leary．Leak Detection System Upgrades Cochin Pipeline，Pipeline amp。在此設(shè)計完成之際謹向趙老師至以衷心的感謝！同時也要感謝我的朋友和同學(xué)，他們在我設(shè)計的過程中給予我了很多素材，還在設(shè)計的撰寫和排版過程中提供熱情的幫助。從設(shè)計的選題，發(fā)展到撰寫，趙老師都給了我精心的指導(dǎo)。(4)設(shè)計考慮小波的多分辨率特性對音波信號進行濾波。取得了如下的主要研究成果：(1)本設(shè)計提出了利用負壓波法檢測管道泄漏的方法，同時研究了溫度、管道材料、流體密度等對波速的影響。在信號分析處理的過程中可能會出現(xiàn)問題。小波變換程序流程圖如圖 51 所示：齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）24開始輸入數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)類型正確 ？尺度選擇信號分解需要重構(gòu)否閥值處理信號重構(gòu)輸出波形結(jié)束否是是否圖 51 小波變換仿真流程圖在實際應(yīng)用中，噪聲的頻帶范圍很寬，發(fā)生時間也是隨機性的，這樣我們采用傳統(tǒng)的方法是很難將其和有用的信號分離開來的?？赏茖?dǎo)出多尺一維小波分解公式:k???xnC0nk,???xnd,? C = d = (515)njxjkh21?kn???xjnjkgC21 k=1,2,…N即：齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）23NCC??3210 … (516)?? 1d23NdC ,C ,…，C 表示信號 f 分解后的低頻部分， , ,…， 表示高頻部分。齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）22y(n)= (55)????kknxh)2()此處的小波變換消噪是基于多尺度小波變換的分解和重構(gòu)。采樣頻率將會隨之降低，這種情況下，需要通過在信號中增加新的采樣點，否則采樣頻率將不符合標(biāo)準(zhǔn)，為了提高采樣頻率，我們在信號中添加的采樣點為 0 或者是一個中間值，雖然此時高頻信號會通過低通濾波后被消掉，但是仍然能保持可恢復(fù)的低頻采樣?？偟膩碚f，低通濾波就是將信號分成兩部分，高的去除，低的保留。當(dāng) a 值增大時，觀察范圍也擴大，這樣在頻域上我們就是用低頻率小波做大致觀察，也就是低分辨率觀察頻域波形，而當(dāng) a 值減小時，觀察范圍就隨之減小，這時我們在頻域上以高分辨率觀察頻域波形，使獲得的波形更加細致清晰 [11]。連續(xù)小波變換?(CWT)的定義為：CWT（a,b）=