双压力传感器泄漏检测系统探究

摘要

管道泄漏检测系统是管道运输中的重要设备。目前，受到调泵、调阀等工况操作的影响，基于负压波的管道泄漏检测系统存在误报率较高的问题。所以，降低误报率，消除工况干扰，能够大幅提高泄漏检测系统的性能。
　　为消除工况干扰，本文在单传感器泄漏检测基础上，引入基于双传感器的泄漏检测方案，即通过判定负压波传播方向来区分泄漏信号和工况操作信号。针对压力波动的判定，指出了EEMD模式识别的缺点，并利用方差来确定信号的波动段。通过波动段与前一段数据均值的比较，判定波动信号是否下降。压力信号方向的判定是双传感系统的关键，本文分别利用了互相关法和作差法两种方法。互相关法是在互相关基础上，引入了零相位滤波器、希尔伯特变换等，锐化了峰值波形，提高了估计精度。作差法根据两个传感器信号的差值，判定信号的传播方向。作差法算法简单，相对于较为复杂的互相关法在RTU上更具优势。
　　为满足需求，开发了基于ARM的远程终端单元(RTU)，设计了电源、网卡、AD采集等电路。移植嵌入式Linux操作系统，编写AD采集电路的驱动程序。软件部分主要完成信号数据的采集、处理、存储和传输，以及时间的同步。数据传输采用基于socket机制的TCP协议，保证了数据传输的完整性。采用LABVIEW作为中心站监控软件开发环境，显示压力图形和报警信息。在实验室搭建了液体管道实验平台，采集多组实验数据进行处理，验证了本文信号波动和信号方向判定算法。
　　本文的双传感器泄漏检测系统有效地屏蔽了调泵、调阀等工况操作对泄漏识别的影响，大大降低了系统的误报率，提高了系统的可靠性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 管道泄漏检测方法概述

1．2．2 双传感器检测方法研究现状

1．3 本文主要内容

第二章 双传感器泄漏检测系统设计方案

2．1 单传感器负压波检测定位原理

2．2 单传感器负压波方法的不足

2．3 双传感器负压波泄漏检测原理

2．4 双传感器检测系统概述

2．4．1 双传感器检测系统结构图

2．4．2 ARM-Linux概述

2．4．3 NTP协议概述

2．5 本章总结

第三章 压力信号波动与定向算法研究

3．1 信号波动的判定

3．1．1 EEMD特征识别

3．1．2 方差法

3．2 互相关判定信号方向

3．2．1 互相关原理

3．2．2 信号方向判定

3．3 作差法判断信号方向

3．4 本章小结

第四章 RTU硬件软件设计

4．1 系统构成

4．2 RTU硬件电路

4．2．1 电源模块

4．2．2 网卡

4．2．3 SD卡

4．2．4 多通道AD采集电路

4．3 RTU驱动设计

4．3．1 平台搭建

4．3．2 AD7994驱动

4．4 RTU程序设计

4．4．1 数据采集线程

4．4．2 SD卡存储线程

4．4．3 网络传输线程

4．4．4 数据处理线程

4．4．5 时间同步

4．5 中心站软件设计

4．6 本章小结

第五章 实验及数据处理

5．1 液体管道实验平台搭建

5．2 压力波动判断

5．3 压力信号方向判断

5．4 现场实验数据处理

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢