[發明專利]基于小波和RBF神經網絡的微弱信號檢測裝置及方法

無效

• 申請號: 201010209979.5
• 申請日: 2010-06-28
• 公開（公告）號: CN101943324A
• 公開（公告）日: 2011-01-12
• 發明（設計）人: 馮健;劉金海;張化光;魯忠沂;馬大中;魏向向;董良;劉振偉
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: F17D5/06
• 分類號: F17D5/06
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明屬于信號檢測技術領域，特別涉及一種基于小波和RBF神經網絡的微弱信號檢測裝置及方法。

背景技術

目前管道運輸業的發展極其迅速，管線越來越多，運輸的距離也越來越遠。但是，隨著管道使用時間的增長，管道泄漏事故發生的概率也在增大。眾所周知，管道內輸送的流體具有危險性和污染性，比如石油、天然氣，那么一旦發生泄漏事故將會造成巨大的生命及財產損失和環境污染。特別是在我國，油氣管網已有相當一部分步入衰老期，并且近十余年來又遭到前所未有的人為破壞，因此由泄漏事故而造成的損失十分巨大，從而嚴重地影響了管道運輸業的發展。

我國油氣管道安裝的實時泄漏檢測系統主要依賴于管段兩端采集到的瞬變信號(包括瞬時壓力變化、瞬時流量變化等，其中最重要的是瞬時壓力變化信號)而設計的。這些方法的只能檢測出管道出現大波動的時候，也就是管道出現大量的漏油情況，但是如果出現小的波動，這些方法就無能為力了。例如：我們通過壓力變送器采集到了1.00-5.00v的壓力信號，以前的方法能處理相對噪聲信號3％的電壓波動信號，如果是比3％小的波動，則常規的泄漏檢測裝置將無法檢測到該類泄漏。

發明內容

為克服上述方法之不足，本發明提出一種基于小波和RBF神經網絡的微弱信號檢測裝置及方法，以實現對微小波動的檢測。

本發明的技術方案是這樣實現的：本發明基于小波和RBF神經網絡的微弱信號檢測裝置，包括四階巴特沃茲低通濾波器、A/D轉換器、ARM微處理器、同步動態隨機存儲器SDRAM、Nor?Flash存儲器、Nand?Flash存儲器，四階巴特沃茲低通濾波器的輸出端連接A/D轉換器的輸入端，A/D轉換器的輸出端連接ARM微處理器的輸入端，ARM微處理器的第一輸入輸出端連接第一同步動態隨機存儲器SDRAM的輸入輸出端，ARM微處理器的第二輸入輸出端連接第二同步動態隨機存儲器SDRAM的輸入輸出端，ARM微處理器的第三輸入輸出端連接Nor?Flash存儲器的輸入輸出端，ARM微處理器的第四輸入輸出端連接Nand?Flash存儲器的輸入輸出端；

四階巴特沃茲低通濾波器由2個結構相同的兩階巴特沃茲低通濾波器組成，其中第一兩階巴特沃茲低通濾波器包括由電阻、電容組成的低通濾波器和運算放大器，低通濾波器第一電阻的一端連接運算放大器的反相輸入端、低通濾波器電容的一端，低通濾波器第一電阻的另一端連接低通濾波器第二電阻的一端，低通濾波器第二電阻的另一端連接低通濾波器電容的另一端、運算放大器的輸出端，其中，低通濾波器第一電阻的一端作為第一兩階巴特沃茲低通濾波器的輸入端，運算放大器的輸出端作為第一兩階巴特沃茲低通濾波器的輸出端，第一兩階巴特沃茲低通濾波器的輸出端連接第二兩階巴特沃茲低通濾波器的輸入端，第二兩階巴特沃茲低通濾波器的輸出端作為四階巴特沃茲低通濾波器的輸出端。

基于小波和RBF神經網絡的微弱信號檢測方法包括以下步驟：

步驟1：采集設于管道的壓力變送器的瞬時壓力信號；

步驟2：對瞬時壓力信號進行消噪處理，過程如下：

步驟2-1：計算信號的小波分解層數，方法如下；

1)設置粗調節分解層數為N，保留分解的N-1次和N次小波系數w；

2)對N-1層的信號進行重構，對小波系數進行重構，計算其模極大值CD_N-1，同理求N層的模極大值CD_N，如果CD_N-1＜CD_N，則判定該信號為有用信號為主，跳到4)，否則判定該信號為噪聲信號為主，轉到3)；

3)取分解的層數為N＝N+1，進行N層分解，轉到2)；

4)放棄最后一次分解結果，確定最終的分解層數為N-1；

步驟2-2：對分解之后信號的小波系數進行閾值量化：

1)利用閾值函數對的小波系數進行閾值量化，公式如下：