虚拟仪器技术在管道泄漏故障诊断中的应用研究

摘要

随着工业化进程的不断发展，世界各国对石油资源的依赖日趋强烈，石油管道运输安全也日趋突出。由于不法分子盗窃、管道腐蚀所造成的输油管道泄漏事故时有发生，其产生的经济损失每年高达上百亿。所以，加强管道泄漏检测与定位技术的研究，对提高管道输送管理水平，减少经济损失和环境污染，具有重要的现实意义。本文通过广泛查阅相关科技文献，针对国内外输油管道泄漏检测技术的研究现状和前人的研究成果，提出了采用Fast ICA盲源分离和小波阈值融合算法进行泄漏信号去噪预处理，通过相关分析和负压波定位原理确定泄漏位置；利用LabVIEW虚拟仪器技术构建了一套输油管道泄漏故障诊断系统，并进行了硬软件设计；采用大量仿真实验和实际泄漏信号测试实验验证系统性能。具体工作和研究成果如下：
　　 (1)系统化的介绍了相关分析检漏和负压波定位法的具体应用。根据相关信号处理理论和输油管道泄漏检测与定位原理，选择输油管道发生泄漏时产生的压力波信号为研究对象，通过对传感器采集的信号进行相关分析来实现管道的检测与泄漏点的定位。同时，为输油管道泄漏检测与定位系统进行了外围硬件设备的选型，包括压力变送器和信号调理设备、数据采集卡的选择，利用LabVIEW作为系统软件开发平台。
　　 (2)针对传统小波阈值(硬、软阈值法)去噪在不同程度上的存在着局限性，去噪效果不理想，提出了Fast ICA盲源分离和小波阈值融合算法的信号去噪方法，建立去噪模型，论述该方法的去噪处理过程。基本小波阈值函数，通过分析推理构建出小波多算法融合阈值函数，并结合Fast ICA盲源分离算法进行信号的信噪分离，利用两种方法的融合算法对泄漏信号进行去噪预处理，可以有效地提高泄漏信号的去噪效果，克服了传统小波阈值去噪法所存在的不足。通过仿真及实验分析，证明了该算法的有效性。
　　 (3)采用LabVIEW虚拟仪器技术，构建设计了一套输油管道泄漏检测与定位系统，实现管道泄漏报警定位功能，其主要内容包括：友好人机界面、现场数据采集、数据通讯、信号的去噪处理、检测报警及其泄漏定位。同时，利用仿真信号对该系统的去噪预处理与定位报警模块进行了实验分析和性能测试，将管道泄漏实际工况采集信号输入该系统进行系统整体性能论证，最终验证了系统的正确性与可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题研究目的和意义

1.2管道泄漏发展和检测方法

1.2.1国内外发展现状

1.2.2常用管道泄漏检测方法

1.3论文的目的及主要内容

1.4本章小结

第二章管道泄漏检测原理与监测系统结构组成

2.1管道泄漏检测原理

2.1.1相关分析法介绍

2.1.2管道泄漏相关检漏和泄漏定位原理

2.2检测系统结构设计

2.2.1系统结构组成

2.2.2压力变送器和信号调理器的选择

2.2.3数据采集卡的选择

2.2.4检测系统软件平台

2.3本章小结

第三章基于小波阈值融合算法的信号去噪研究

3.1小波去噪的发展历程和应用领域

3.2小波阈值去噪处理

3.2.1小波阈值去噪原理

3.2.2自适应阈值选取

3.3多算法融合阈值函数的构建

3.3.1传统阈值函数处理法

3.3.2构建函数的选取

3.3.3多算法融合阈值函数的确定

3.4 Matlab阈值去噪仿真实验及分析

3.5本章小结

第四章基于Fast ICA盲源分离和小波阈值融合算法的信号去噪研究

4.1盲源分离的基本概念和发展历程

4.2盲源分离的原理和算法

4.2.1基本假设与数学描述

4.2.2基础理论知识

4.2.3信号预处理

4.2.4相互独立性判据

4.2.5 Fast ICA实现算法

4.3 Fast ICA盲源分离和小波阈值融合算法的去噪实现

4.4 Matlab去噪仿真及实例分析

4.4.1去噪仿真分析

4.4.2输油管道压力信号去噪实验实例

4.5本章小结

第五章基于虚拟仪器技术的信号处理软件设计

5.1虚拟仪器技术介绍

5.1.1虚拟仪器的特点和优势

5.1.2虚拟仪器的基本构成

5.1.3虚拟仪器开发平台LabVIEW

5.2检测系统信号处理模块软件设计

5.2.1数据采集模块

5.2.2数据预处理模块

5.2.3泄漏检测和定位模块

5.2.4数据存储模块

5.3本章小结

第六章管道泄漏监测系统的实验分析

6.1系统性能测试

6.1.1 LabVIEW仿真信号去噪测试

6.1.2 LabVIEW仿真信号互相关测试

6.2实际工况管道泄漏信号的实验分析

6.3本章小结

第七章总结与展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间的工作业绩