基于声发射的分支结构流体管网泄漏检测系统实验平台设计

摘要

煤矿井下压风、供水管网是煤矿安全生产的重要保障。由于井下环境恶劣，导致管网泄漏现象时有发生。本文以煤矿井下压风、供水管网泄漏检测问题为背景，针对具有分支结构的流体管网泄漏检测问题开展研究，以NI公司的虚拟仪器PXI Express（PXIe）为基础，设计了一套基于流体声发射的分支结构流体管网泄漏检测系统实验平台。主要工作如下：
　　（1）搭建了分支管网泄漏检测实验平台。采用PP-R管建立一个具有四段分支管道的分支管网，每一管段均设置了模拟泄漏点。利用空气压缩机向管网内充入气体，当管内压力达到一定时，模拟管网泄漏。采用ADXL001加速度芯片设计的声发射传感器采集管网泄漏声发射信号，并通过虚拟仪器PXIe完成信号的采集与处理。
　　（2）研究管网泄漏检测与定位关键算法。利用集合经验模态分解（EEMD）与峭度相结合的方法对信号进行特征提取，通过支持向量机判断管网是否发生泄漏。当管网发生泄漏时，对比各个传感器采集的声发射信号幅值确定泄漏管段，并对信号进行小波阈值去噪处理，利用互相关方法求取信号到达泄漏管段两端传感器的延迟时间，确定泄漏点位置。
　　（3）设计了分支结构流体管网泄漏检测系统软件。基于管网泄漏检测与定位算法，以LabVIEW为开发平台，完成了包括通信、数据处理以及人机界面等模块在内的完整的系统软件设计，能够实时显示管网运行状况，实现泄漏判断以及泄漏点位置估计。
　　（4）利用搭建的实验平台对泄漏检测系统进行测试，并对测试数据进行分析。测试结果表明，该系统性能良好，对管网泄漏情况有较高的辨识率，能够实现泄漏点的准确定位。

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摘要

Abstract

Contents

1绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 管道泄漏检测方法综述及评价

1.2.1 管道泄漏检测方法综述

1.2.2 管道泄漏检测系统评价

1.3 国内外研究进展

1.3.1 管道泄漏检测技术国内外研究现状

1.3.2 管道泄漏检测与定位关键算法国内外研究现状

1.3.3 虚拟仪器国内外研究现状

1.4 本文主要研究内容

2泄漏检测系统实验平台总体设计

2.1 声发射检测法原理及技术特点

2.1.1 声发射检测原理

2.1.2 声发射技术特点

2.2 实验平台结构组成

2.2.1 分支管网

2.2.2 空气压缩机

2.2.3 传感器

2.2.4 PXI Express系统

2.2.5 虚拟仪器开发环境LabVIEW

2.3 泄漏检测系统设计方案

2.4 本章小结

3分支结构流体管网泄漏检测与定位算法研究

3.1 泄漏信号特征提取

3.1.1 经验模态分解理论

3.1.2 集合经验模态分解理论

3.1.3 泄漏信号特征提取

3.2 泄漏信号模式识别

3.2.1 支持向量机原理

3.2.2 核函数选择

3.3 泄漏点定位

3.3.1 声发射信号去噪处理

3.3.2 时延估计

3.3.3 泄漏点定位

3.4 本章小结

4泄漏检测系统软件设计

4.1 泄漏检测系统软件总体设计方案

4.2 通信模块设计

4.2.1 数据采集模块

4.2.2 远程监控模块

4.3 数据处理模块设计

4.3.1 泄漏检测模块

4.3.2 泄漏点定位模块

4.3.3 数据保存模块

4.4 人机界面模块设计

4.5 本章小结

5泄漏检测系统测试

5.1 系统测试方案

5.2 系统软件测试

5.2.1 人机界面测试

5.2.2 远程监控模块测试

5.3 测试数据分析

5.3.1 泄漏检测数据分析

5.3.2 泄漏点定位数据分析

5.4 本章小结

6总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要成果