【正文】 ........................................... 4 負(fù)壓波泄漏檢測定位原理 ............................................. 5 第 3 章 管道泄漏檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ......................................... 11 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì) .................................................. 11 系統(tǒng)硬件各功能模塊構(gòu)建 ............................................ 11 主控單元 ...................................................... 11 信號(hào)采集模塊 .................................................. 12 無限通信 GPRS 模塊 ............................................. 15 電源模塊 ...................................................... 16 第 4 章 管道泄漏檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ......................................... 17 系統(tǒng)軟件總體介紹 .................................................. 17 系統(tǒng)軟件各功能模塊設(shè)計(jì) ............................................ 17 數(shù)據(jù)讀取及處理中 A/D 轉(zhuǎn)換的軟件設(shè)計(jì) ............................ 17 實(shí)時(shí)時(shí)鐘的軟件設(shè)計(jì) ............................................ 18 第 5 章 噪聲對(duì)音波信號(hào)的影響及解決方法 ................................... 19 噪聲信號(hào)對(duì)音波信號(hào)的影響 .......................................... 19 小波變換理論 ...................................................... 19 基于小波變換的濾波方法 ............................................ 20 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 小波變換消噪理論 .............................................. 20 基于小波變換的濾波方法 ........................................ 22 結(jié)論 ..................................................................... 24 參考文獻(xiàn) ................................................................. 25 附錄 ..................................................................... 26 致謝 ..................................................................... 27齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1章 緒 論 選題的意義 及 實(shí)際應(yīng)用方面的價(jià)值 輸油管道檢測對(duì)于保障輸油管道正常運(yùn)行具有 十分 重要的意義。不僅可以挽回國家財(cái)產(chǎn)損失還可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取有效措施最大限度的保護(hù)生態(tài)環(huán)境不受污染。 美國等發(fā)達(dá)國 家立法要求管道 運(yùn)輸 必須 有相關(guān)的 泄漏監(jiān)測系統(tǒng) 進(jìn)行監(jiān)測 。使用溫度傳感器對(duì)泄漏處的溫度進(jìn)行采樣，分析溫度的變化是直觀檢測的方法，將 多傳感器電纜 沿著管道進(jìn)行鋪設(shè)就是采用了直觀傳感器進(jìn)行檢測的一種方法 。管道運(yùn)輸?shù)陌踩趪庖训玫搅酥匾?，而且，泄漏技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟 。在這種 情況 下，管道的運(yùn)行安全得不到保障 。這個(gè)波動(dòng)會(huì) 從泄漏點(diǎn)向上、下游傳播，并以指數(shù)律衰減，逐漸歸于平靜，這種壓降波動(dòng) 是 幾乎垂直的前緣 ，與一般的波動(dòng)不太一樣 。 本課題著重進(jìn)行了以下幾方面的研究工作： 1． 提出了 輸 油管道非接觸式壓力測量的思想，并合理的采用了 利用 負(fù)壓波法測量管道泄漏的方法 。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 2章 輸油管道泄漏檢測方法 負(fù)壓波的產(chǎn) 生與特點(diǎn) 輸油管道因?yàn)槎喾矫娴脑蛞l(fā)泄漏，立刻會(huì)有流體從泄漏部分流出，這種 反應(yīng) 會(huì)將滲漏地方 的 壓強(qiáng)大小 ， 從而油密立即 引起改變 。但是在傳感器的感知下，還是可以被捕捉發(fā)現(xiàn)的。由于傳播速率超強(qiáng)，因此在管道漏油時(shí)可以迅速被發(fā)現(xiàn)，并迅速得到處理。并且還應(yīng)該提高檢測技術(shù)，減少漏油事故的發(fā)生 [4]。 當(dāng) 輸油 管線在距首端 x 處發(fā)生泄漏時(shí)， 由于壓力差的原因， 該點(diǎn)的壓力 會(huì) 降低 從而產(chǎn)生壓力波動(dòng)，這個(gè)壓力降 Δp以 負(fù)壓 波的形式向 管道 兩端傳播 ， Δp向首端的傳播速度為 vu0 ，向末端的傳播速度為 v+u0 。通常是加油站之間或者各個(gè)加油站之間進(jìn)行油的調(diào)度運(yùn)輸。最后一站是第三站，在管道的結(jié)尾處或者說是管道的末梢處。輸油管道模型圖如圖 11 所示。不同加油站，由于各個(gè)影響因素不同所以運(yùn)來的油的氣溫，氣壓也不一樣，根據(jù)實(shí)際情況各個(gè)加油站可以進(jìn)行微調(diào)。因此在管道生產(chǎn)、加工、輸 送還有管道安全維護(hù)方面選址的好壞至關(guān)重要 [5][6]。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 p 1xt 1 t 2Lp 2 圖 22 管線泄漏示意圖 可以看出： t1 +t2 =vL (25) t1 t2 =Δt (26) X=t1 v。 (2)負(fù)壓波產(chǎn)生后會(huì)沿著管道向管道上下游傳播，確定負(fù)壓波傳播到管道上下游的時(shí)間差是負(fù)壓波檢測的關(guān)鍵。但是， 實(shí)際上，負(fù)壓 波的傳播速度 并不是常數(shù)，而是 由 以 下式 子所 決定： v(x)=1)/)(/(1/ CeDEK K? ? (211) 公式 (211)中 v—— 管內(nèi)負(fù)壓力波的傳播速度，單位 m/s E—— 管材的彈性模量，單位 pa K—— 液體的體積彈性系數(shù)，單位 pa e—— 管壁厚度，單位 m ? —— 液體的密度，單位 kg/m3 C1 —— 與管道約束條件有關(guān)的修正系數(shù) D—— 管道直徑，單位 m 實(shí)際中，上式 (211)中的液體密度 ? 以及 彈性系數(shù) K 等參數(shù)還受到 油體溫度 的影響。而管道 管道的約束條件 、 管道的一個(gè)無因次比值 以及 管道橫截面形狀 決定了 管 道 壁 的 材料變形特性 。在下表 2l 為幾種液體的體積彈性系數(shù)隨著溫度的變化而變化的 數(shù)據(jù) 。 以下是壓縮系數(shù)的計(jì)算公式， 壓縮系數(shù)的倒數(shù) 等于 液體 的 體積彈性系數(shù) K 的值 ： 1n(F1010 )=0． 51992++846596/? 20 +? 20 (213) 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 公式 (213)中： T—— 溫度，單位 ℃ 0? —— 標(biāo)準(zhǔn)密度， 0? = 204? ， 單位 kg/m3 F—— 壓縮系數(shù)，單位 pa 1? 表 21 幾種液體的體積彈性系數(shù) 液體名稱 體積彈性系數(shù) 105 20℃ 30℃ 40℃ 50℃ 90℃ 水 23500 — 22100 — 21800 24400 — 22300 — 22350 丙烷 1750(1800) 1370(1400) 1050(1060) 750(730) — 丁烷 3560(3650) 3020(3080) 2510(2560) 2130(2170) — 汽油 9060(9530) — — 7600(7750) — 煤油 13650 — 12020 — — 13950 — 12050 — — 潤滑油 15650 — — 13070 — 15930 — — 14050 — 2．原油密度 ? 原油密度與壓力和溫度有關(guān)， 但是由于原油是液體，壓力對(duì)其影響不是很大，溫度對(duì)其影響卻剛好相反 。分析研究表明，基本波速方程 可以對(duì)管道壁進(jìn)行使用 ， 但是 需要 對(duì)系數(shù) C1 進(jìn)行 修正?？紤]到 v(x)是連續(xù)變化的；如果速度 v 為常數(shù)，對(duì)于測得的時(shí)間差 ? t， 將負(fù)壓波到達(dá)管道上游的速度 代入定位公式 可以 得到一個(gè)泄漏點(diǎn) x1v ， 將負(fù)壓波下游的速度 代入得到泄漏點(diǎn)位置 可以得到 x 2v ，那么 負(fù)壓波的泄漏地點(diǎn) 必然在 x1v 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 與 x 2v 之間。通過 GPRS 將 管道兩側(cè) 信號(hào)傳入上位機(jī) 的時(shí)間 t1 ， t2 ，我們可以確定差值 t? 。系統(tǒng)的總體框圖如圖 31所示： 主 控單 片 機(jī)壓 力 采 集 模 塊溫 度 采 集 模 塊流 量 采 集 模 塊G P R S 模 塊電 源 模 塊復(fù) 位上 位 機(jī) 圖 31 系統(tǒng)硬件總體框圖 系統(tǒng)硬 件各功能模塊構(gòu)建 主控 單元 主控單元采用 51 系列單片機(jī) AT89C51。而且功能強(qiáng)大，實(shí)用性很好，被廣為使用。 主要性能指標(biāo)： (1)它和 MCS51 單片機(jī)相容 (2)4KB 的可控制邏輯閃存 (3)使用限度：一千寫每擦來轉(zhuǎn)換 (4)信息存根時(shí)限：十年 (5)完全靜止?fàn)顟B(tài)工作周期： 0~24Hz (6)四級(jí)系統(tǒng)閃存鎖緊 (7)有 128*8 位的內(nèi)部隨機(jī)存儲(chǔ)器 (8)32 可控制輸入 /輸出總線 (9)有 2 個(gè)十六位的內(nèi)部中斷計(jì)時(shí)器 (10)5 個(gè)內(nèi)部中斷電源源 (11)可控制串行通訊 (12)小功率的擺置與去電方式 AT89C51 的 最小系統(tǒng) 如圖 32： P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78I N T 113I N T 012R E S E T9T115T014X119E A /V P31X218RD17WR16P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E /P30T X D11R X D10G N D20V C C40A T 8 9 C 5 1+2 2 u f1k+ 6 V1 2 M H3 0 p3 0 p0 .2 K 圖 32 AT89C51 的 最小系統(tǒng)圖 信號(hào)采 集模塊 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 原則 傳感器 的作用是將聲音，溫度等非電物理信號(hào) 轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置。 (3)傳感器要在保證其穩(wěn)定性的前提下保證其精度，使其能正常的工作， 靜態(tài)響應(yīng)與動(dòng)態(tài)響應(yīng)的準(zhǔn)確度能滿足要求 。 DJ20B型 壓力傳感器 采用進(jìn)口不銹鋼隔離膜片的高精度、高穩(wěn)定性的芯片組裝，產(chǎn)品經(jīng)過精密的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)不銹鋼 殼體的全密封焊接工藝制造 ，輸出信號(hào)為 0~5VCD。傳感器輸入的信號(hào)為電流信號(hào)，在對(duì)此信號(hào)進(jìn)行采集時(shí)，需要將此信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。 而在電壓信號(hào) AD電路中采用 AD7684芯片。而且此芯片所需的電源范圍為 。 (2)壓力損失較小，測量范圍寬、測量精度較高 。 流量信號(hào)為脈沖信號(hào)。 此傳感器在電力、橡膠、 石油、化工、 醫(yī)藥、食品 、 紡織、建材、 冶金 等自動(dòng)化檢測與控制領(lǐng)域 有廣泛的應(yīng)用 。 GPRS允許用戶端在端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源，從而提供了一種高效、低成本的無限分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 GPRS