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输油管道中微弱应力波信号检测的研究

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第一章绪论

1.1引言

1.2输油管道泄漏检测和定位的主要方法

1.2.1监测管壁状况的泄漏检测和定位方法

1.2.2监测管内流体状态的泄漏检测和定位方法

1.2.3管道防盗在线实时检测和定位方法

1.3本文的研究目的和研究方法

1.4管道防盗实时监测报警系统简介

1.5本文的研究内容

1.5.1基站测试系统

1.5.2信号的去噪处理

1.5.3管道建模的讨论

第二章应力波检测的基本原理

2.1应力波的形成机理

2.2波的模式

2.2.1波的模式分析

2.2.2波的模式选择

2.3波的衰减

2.4本章小结

第三章基站测试系统

3.1管道防盗实时监测报警系统简介

3.2基站测试系统

3.2.1简介

3.2.2功能整体描述

3.3传感器恒流适调电路

3.3.1直流升压部分

3.3.2电压电流转换部分

3.3.3滤波环节

3.4模拟信号放大调理电路

3.5模拟数字转换接口电路

3.5.1输入信号的连接

3.5.2 AD转换的控制逻辑

3.5.3输出信号接口

3.6单片机

3.7串口发送

3.8测试系统供电设计

3.8.1开关电源模块

3.8.2模拟数字部分供电隔离

3.8.3模拟部分供电设计

3.9超声波防盗检测电路

3.9.1超声波检测

3.9.2超声波传感器

3.9.3检测电路的构成

3.9.4超声检测电路与基站部分接口

3.9.5超声检测电路的电源管理

3.10系统的智能检测功能

3.10.1传感器接头检测

3.10.2蓄电池供电端电压欠压监测

3.11系统设计过程中的抗干扰考虑

3.11.1电源部分的考虑

3.11.2器件布局上的考虑

3.11.3印制版布线上的考虑

3.12本章小结

第四章信号的去噪处理

4.1小波分析的引入

4.2小波分析的应用

4.2.1小波分析在工程中的应用

4.2.2本文的应用思想

4.3小波变换的定义

4.3.1连续小波基函数

4.3.2小波的时频局部化特性

4.3.3小波变换

4.3.4多分辨率分析和正交小波变换

4.4应用小波变换进行去噪

4.4.1小波去噪方法综述

4.4.2本文所采用的方法

4.4.3非线性阈值去噪的分析步骤

4.5现场试验结果

4.5.1简单地形下的试验结果

4.5.2复杂地形下的试验结果

4.6本章小结

第五章输油管道动态响应的建模

5.1问题的引入

5.2建模的一般方法和本文的思路

5.2.1建立数学模型的一般方法

5.2.2本文的研究思路

5.3理想情况下管道的基本波动方程

5.3.1受轴向冲击杆中纵波的支配方程

5.3.2管道受轴向冲击时的波动方程

5.4本文研究的实际情况

5.4.1运动—变形分析模型

5.4.2管道运动方程的建立

5.5针对本文情况所建立的管道模型

5.5.1根据管道中应力波的主要模式确定基本方程

5.5.2定解条件

5.6本章小结

第六章全文总结

6.1全文总结

6.2进一步的工作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的主要论文

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摘要

长输管道是一种方便经济的运输方法,在工业中有着广泛的应用.但管道运营过程中的泄漏事故不仅造成国民经济的重大损失,也严重污染了环境.因此,研究管道泄漏检测,将带来明显的经济效益和社会效益.基于应力波检测的管道防盗实时监测报警系统由基站测试单元和主站监控中心两部分构成,基站负责信号采集,主站负责盗油报警定位.该文研究了基站测试部分的硬件设计、调试及功能扩展.首先对应力波检测的原理从物理角度进行了分析.然后从设计的角度,讨论了硬件系统的主要组成.功能扩展方面讨论了超声防盗报警电路以及基站故障的智能检测电路.此外,该文研究了应用小波分析中的非线性阈值法抑制背景噪声,提高信噪比,从而改善远距离信号检测效果,提高检测距离.应用此方法,对管道防盗检测系统的现场试验表明了系统对盗油破坏的检测距离可以达到1kM.最后,讨论了管道模型的建立,以分析应力波在管道中的传输特性.借助假设约束条件,考虑土壤的阻尼作用,建立了地下管道的简化数学模型.

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