【正文】 ................................................................ I Abstract .................................................................. II 第 1 章 緒論 .............................................................. 1 選題的意義及實際應(yīng)用方面的價值 ..................................... 1 本課題在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 ........................................... 1 課題研究的內(nèi)容及擬采取的方法 ....................................... 1 第 2 章 輸油管道泄漏檢測方法 .............................................. 3 負(fù)壓波的產(chǎn)生與特點 ................................................. 3 輸油管道模型 ....................................................... 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 ......................................... 11 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計 .................................................. 11 系統(tǒng)硬件各功能模塊構(gòu)建 ............................................ 11 主控單元 ...................................................... 11 信號采集模塊 .................................................. 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 ......................................... 17 系統(tǒng)軟件總體介紹 .................................................. 17 系統(tǒng)軟件各功能模塊設(shè)計 ............................................ 17 數(shù)據(jù)讀取及處理中 A/D 轉(zhuǎn)換的軟件設(shè)計 ............................ 17 實時時鐘的軟件設(shè)計 ............................................ 18 第 5 章 噪聲對音波信號的影響及解決方法 ................................... 19 噪聲信號對音波信號的影響 .......................................... 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（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（論文） 1 第 1章 緒 論 選題的意義 及 實際應(yīng)用方面的價值 輸油管道檢測對于保障輸油管道正常運行具有 十分 重要的意義。但是 由于 往往有大量的噪聲 附帶在 采集的信號 中 以及被測管道 和 現(xiàn)場環(huán)境 情 況復(fù)雜 ，因而嚴(yán)重影響了結(jié)果的正確性。 為此，我們 設(shè)計了 這 一套系統(tǒng)，該系統(tǒng)將流量平衡法、音波測漏法 和 負(fù)壓波法 結(jié)合起來，適用于原油集輸管線及原油長輸管線的泄漏檢測 。 輸油管道停輸?shù)闹饕蚓褪枪艿佬孤?。輸油管道檢漏方法主要有：硬件方法和軟件方法。 應(yīng)用范圍也比較 廣 [1]。 這種瞬變的壓力信息通過 管道兩端的壓力傳感器 進(jìn)行 接收 ，從 而判斷泄漏的發(fā)生 。 輸油管道里 的 原油因為不間斷 性 不可能馬上變化速度大小 ， 因為原油 在 滲漏處與鄰近 的 周圍方位 的 壓強不同引起原油自上游地區(qū)把滲漏區(qū)域補充上 ， 因此 又 該導(dǎo)致和滲漏地方毗鄰的地方 的 油密 和 壓強 的 下降 。保障了人身和財產(chǎn)損失 [2]。 管道 泄漏產(chǎn)生的壓力波水擊壓力波 u 類似 ， 壓力值也會隨著 液體流速的瞬時變化 而變化， 流速和 壓力降的關(guān)系見式 (21)： Δp= )(2 0 uuvgr ? (21) 式中 ： p? —— 由于液體流速瞬時變化引起的壓力變化 v—— 負(fù)壓波在該管路中的傳播速度 (m/s) r—— 液體的重度（ kgf/m3） 。第三站是輸油管道最重要的一站，如果在這個環(huán)節(jié)出現(xiàn)事故，后果不堪設(shè)想。在選擇在哪里建造管道，也就是運油管道選址時，不用地方不同地形，不同資源都會對管道選址有影響。 (27) 整理后得到傳統(tǒng)定位公式： X= 2 tv??L (28) 由 上式可以看出 ， 利用負(fù)壓波法定位主要是獲取負(fù)壓波傳播到上下游的時間 ? t 以及負(fù)壓波的波速 v。因此， 加入溫度這個參數(shù) ， 波速的公式可以表示為形式。 由下表可以看出 烴類液體的體積彈性系數(shù)隨著溫度的變化 而變化。 以下公式 分別 對應(yīng)上面的三種情況 ： (1) C1 = )1(/2 ??eD + )21(/1 1 ??? De (215) (2) C1 = )1(/2 ??eD + )1(/1 1 2??? De (216) (3) C1 = )1(/2 ??eD + De/1 1? (217) 地下輸油管道 .屬于式 (216)所示情況，這里 ? 取 0． 30。由于負(fù)壓波的傳播速度與液體內(nèi)型和管道性質(zhì)有關(guān)，因此通過 對管壁材料的彈性系數(shù)和變形特征、液體的彈性系數(shù)、原油密度以及溫度的分析能夠確定某一時刻負(fù)壓波的傳播速度，這一點在上一章中已做了詳細(xì)的介紹。還有一種單片機是 89C2051 性能也很好，但是比 AT89C51 性能要弱，實用性也較差。 (4)傳感器要有較快的反應(yīng)速度，使其在工作時不會出偏差。然后采用外部AD轉(zhuǎn)換器件對轉(zhuǎn)換的電壓信號進(jìn)行采集。主控單元通過 PF1控制 CS 對 AD7684進(jìn)行選擇；通過 PF3向 AD7684提供串行數(shù)據(jù)發(fā)送脈沖；通過 PF2讀取 AD7684的串行 數(shù)據(jù)。對流量信號進(jìn)行采集時，首先對此信號進(jìn)行處理，使其轉(zhuǎn)化為規(guī)則的脈沖信號，以防止發(fā)生電平抖動，影響采集結(jié)果。隨著無限數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的迅速發(fā)展， GPRS已經(jīng)成為實現(xiàn)無限數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的最佳承載方式。 LM2593HVS的輸入電壓為 +12V。 準(zhǔn)確的定位泄漏點的關(guān)鍵在于負(fù)壓波波速的確定以及 準(zhǔn)確提取 負(fù)壓波到達(dá)管道兩端接收器的時間差。連續(xù)小波變換(CWT)的定義為： CWT（ a,b） = ? *)(||1 ?tfa( abt? )dt a≠0 (51) ba,? (t)= )(||1 abta ?? 是基本小波的位移和尺度伸縮； 在公式 (51)中 t 和 a 還有 b 都是連續(xù) 性 變量 ， 因此 又 稱為連續(xù)小波變換。 總的來說，低通濾波就是將信號分成兩部分，高的去除，低的保留。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 y(n)= ????? ?k knxkh )2()( (55) 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)。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） 23 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。取得了如下的主要研究成果： (1)本設(shè)計提出了利用負(fù)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。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)。 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， 2020： 5969. [14] Brian Wray, Chuck Leary． Leak Detection System Upgrades Cochin Pipeline，Pipeline amp。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。 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(jìn)行濾波， 小波變換 可以進(jìn)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 。 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 。 低通濾波對于信號中高于截止頻率的信號進(jìn)行去除，將低于截止頻率的信號進(jìn)行保留。 在時域 ， 頻域?qū)π盘栠M(jìn)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 。 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 。 GPRS上的 RXD0口是用來齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 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)。此模塊的電路圖如圖 35所示： 321411U 3 AV C CC80 .1 u FR21 0 k12P T 2R E F1V D D2+ I N3