无损检测装置数据采集系统设计与数据预处理研究

摘要

油气管道运输作为我国五大运输产业之一，对我国国民经济的发展起到了非常重要的作用，被称为国家的“能源血脉”。随着我国经济的发展，对油气能源的需求量日益增大，输送管道的铺设距离也在不断增长。然而，随着管道服役年限的增加，因管道材质问题或施工、腐蚀和外力作用造成的损伤，导致管道泄漏、爆管等事故频繁发生，造成生态环境的污染、生命安全的威胁和重大的经济损失。为了保障油气运输的安全运营，开展油气管道无损检测技术的研究具有重大的意义。研发用于管道内损伤探测的无损检测装置系统与研究对采集数据的处理技术是无损检测技术的两个重要研究内容，是准确进行管道损伤评估和寿命预测的重要前提和基础，具有重要的现实意义。 本文研究无损检测装置数据采集系统的设计与数据预处理算法。其主要内容包含了以下三个方面: 第一，对管道无损检测装置数据采集系统提出了一套完整的硬件方案，从数据采集、传输到处理和存储。本文设计的系统的主控制系统选用FPGA为核心，利用FPGA丰富的逻辑资源和可编程I/O端口与成熟的IP核体系设计实现;采集电路以DSP为核心，利用DSP的高性能和丰富的集成外设设计实现。 第二，针对无损检测数据存在的基线飘移问题，设计了适用于无损检测数据的变尺度结构元素，并使用多尺度形态学滤波器对数据的基线进行提取和分离，完成了数据的基准归一化处理。 第三，针对检测数据中存在的噪声干扰，采用第二代提升小波进行滤波处理，并针对现有的小波阈值函数滤波对缺陷信号存在损伤的问题，结合检测数据的特征，引入了形态学对小波阈值函数进行了改进，实现对缺陷信号处的系数的完整保留，减小了缺陷信号的损伤程度。

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摘要

第1章绪论

1．1课题的背景和意义

1．2管道无损检测技术的发展与研究现状

1．3无损检测数据预处理技术研究现状

1．4基线校正的研究现状

1．5本文主要研究内容

第2章无损检测装置采集系统的设计与实现

2．1采集模块设计

2．1．1采集模块电路设计

2．1．2采集模块软件设计

2．1．3采集模块功能测试

2．2主控系统设计

2．2．1主控系统硬件设计

2．2．2 主控系统软件设计

2．2．3仿真与分析

2．3数据的采集实验

2．4本章小结

第3章无损检测数据基线校正算法的设计

3．1形态学滤波原理

3．1．1一维形态学运算

3．1．2结构元素

3．1．3形态学滤波器的构造

3．2多尺度形态学滤波器的设计

3．2．1结构元素的设计

3．2．2滤波器的设计

3．3基线飘移校正效果对比

3．3．1基线校正评价标准

3．3．2基线校正测试对比

3．3．3无损检测数据的基线校正

3．4本章小结

第4章基于提升小波变换的数据去噪

4．1提升小波原理

4．1．1提升小波的正变换

4．1．2提升小波的逆变换

4．2小波提升的实现

4．2．1小波基的选择

4．2．2 db4小波提升的实现

4．3小波门限阈值的选取

4．3．1噪声方差的估算

4．3．2阈值方法的选择

4．3．3阈值函数的设计

4．3．4去噪效果测试

4．4本章小结

第5章总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间科研情况