海底输油管道漏磁检测信号分析及其噪声自适应滤波的研究

摘要

海底输油管道是海洋油田生产系统中的一个重要组成部分。随着我国海洋油田的相继开发，海底输油管道已越来越多，尤其是在沿海和浅海地区。管道在运行过程中会受到各种环境因素的影响，必须对海底管道进行定期检查和维修。漏磁检测技术是应用最为广泛的管道检测技术，具有适应性强，可靠性好等诸多优点。本论文以国家“十五”863课题“海底管道内爬行器及其检测技术”项目为背景，采用漏磁检测技术检测海底输油管道缺陷，研制开发适合我国管道实际状况的管道检测装置，为管道安全评价提供可靠数据。 本文首先介绍了海底输油管道漏磁检测系统。系统采用无缆工作方式，依靠油压驱动在管道内运动，由压差牵引节、漏磁探头单元、漏磁信号处理单元和电源单元四个部分组成。 研究影响漏磁场的各种因素，进而了解影响管道漏磁缺陷检测的检测精度和检测灵敏度的各种因素，具有实际意义。本文利用漏磁检测实验平台对包含人工缺陷的试样进行检测，通过大量实验数据，对漏磁缺陷尺寸参数、探头提离值等影响因素进行了研究，得到了具有实用参考价值的各种因素对漏磁检测的影响规律。选用什么样的磁性传感器精确测试漏磁通非常关键，巨磁阻传感器是一种新型的磁性传感器，本文对巨磁阻传感器在管道漏磁检测中的应用进行了探讨。 海底管道与陆上管道运行环境是不同的，海底管道在运行过程除了腐蚀等对管道造成影响，锚击等机械损伤也是造成管道危险的一个重要因素。通过研究机械损伤对管道漏磁场的影响，可以丰富缺陷样本库，进一步提高缺陷的识别能力。论文采用数值方法中的有限元法对管道漏磁场进行了分析，同时用实验方法对有限元方法进行比较。着重研究机械损伤对管道的影响及其应力对管道漏磁场的影响，从结果可以看出其信号特征与非应力下漏磁信号特征是不同的。 在海底管道漏磁检测的信号中，含有大量的噪声，必须对其滤除。论文介绍了自适应滤波器理论及其应用，对各种自适应滤波器进行了分析，选择了SDCT-NLMS自适应滤波器作为漏磁检测系统的滤波器。通过仿真验证了SDCT-NLMS自适应滤波可以很好地消除漏磁检测中的干扰信号并提高检测信号的信噪比。并在相同条件下与NLMS自适应滤波器进行了比较，结果表明SDCT-NLMS优于NLMS自适应滤波器。设计中采用基于DSP+FPGA硬件系统来实现自适应滤波器。给出了SDCT算法在DSP中的实现，以及着重分析了基于FPGA的NLMS算法的实现。最后对论文的研究工作进行总结并对今后的工作做展望。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

第2章海底输油管道漏磁检测系统设计概述

第3章海底输油管道漏磁检测实验分析

第4章机械损伤应力对管道漏磁场影响分析

第5章管道漏磁信号自适应滤波器的设计及仿真

第6章管道漏磁检测自适应滤波器的硬件实现

第7章总结及展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的学术论文

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