[發明專利]一種基于組合濾波和動態閾值的管道壓力異常診斷方法

有效

• 申請號: 201410307192.0
• 申請日: 2014-06-30
• 公開（公告）號: CN104089186A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 劉金海;吳振寧;馬大中;張化光;馮健;汪剛;于洋;盧森驤;李芳明
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: F17D5/02
• 分類號: F17D5/02
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種基于組合濾波和動態閾值的管道壓力異常診斷方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：實時獲取液體對管道首端的壓力信號和液體對管道末端的壓力信號；

步驟2：對獲取的液體對管道首端的壓力信號和液體對管道末端的壓力信號運用組合濾波方法進行濾波，組合濾波方法即首先對獲取的壓力信號進行低通濾波，再利用離散小波濾波方法對低通濾波后的壓力信號進行分解、重構，獲得組合濾波后的壓力信號；

步驟3：將組合濾波后的壓力信號進行分段處理，將每一段組合濾波后的壓力信號平均分為前段壓力信號和后段壓力信號，計算前段壓力信號的平均值與后段壓力信號的平均值之差的絕對值δ；

步驟4：將δ與壓力異常系數S進行比較，若δ＞S，表示該段壓力信號為非平穩狀態壓力記錄信號，對非平穩狀態壓力記錄信號出現次數進行累計，若非平穩狀態壓力記錄信號出現次數達到設定的次數N，則表示該段壓力信號為非平穩狀態壓力信號，執行步驟6，若非平穩狀態壓力記錄信號出現次數未達到設定的次數或δ≤S，表示該段壓力信號為平穩狀態壓力信號，執行步驟5；

步驟5：實時計算組合濾波后的壓力信號對應的信號波形縱坐標的最大值與縱坐標的最小值的差值，并將該差值作為各段平穩狀態壓力信號的動態閾值P，將管道首端各段平穩狀態壓力信號的動態閾值作為管道首端動態閾值，將管道末端各段平穩狀態壓力信號的動態閾值作為管道末端動態閾值，執行步驟7；

步驟6：分別對各非平穩狀態壓力記錄信號進行離散小波變換，得到低頻壓力信號，計算各非平穩狀態壓力記錄信號與低頻壓力信號的差值信號，將該差值信號的最大值與最小值之差作為非平穩狀態壓力記錄信號的動態閾值記錄值E_i，i＝1,2…N，將非平穩狀態壓力記錄信號的動態閾值記錄值E_i中的最大值作為非平穩狀態壓力信號的動態閾值P'，即P'＝MAX(E_i),將管道首端各段非平穩狀態壓力信號的動態閾值作為管道首端動態閾值，將管道末端各段非平穩狀態壓力信號的動態閾值作為管道末端動態閾值，執行步驟7；

步驟7：對組合濾波后的壓力信號進行管道壓力異常診斷；

步驟7.1：設組合濾波后液體對管道首端的壓力信號序列為X＝{x(n-k+1),x(n-1),...,x(n)}，液體對管道末端的壓力信號序列為Z＝{z(m-k+1),z(m-1),...,z(m)}，k為選取的壓力信號序列長度，x(n)為n時刻管道首端組合濾波后壓力信號的坐標值，m為n時刻的管道首端壓力信號傳遞到管道末端的時刻，x(m)為實測n時刻的管道首端壓力信號傳遞到末端的組合濾波后壓力信號的坐標值，分別取X中n時刻之前的長度為i和長度為j的壓力信號序列，分別取Z中m時刻之前的長度為i和長度為j的壓力信號序列，分別計算X和Z中長度為i的壓力信號序列的平均值和長度為j的壓力信號序列的平均值之差的絕對值error₁和error₂，其中i≥4j，即：error1=|X‾i-X‾j|,]]>其中,X‾ix(n)+x(n-1)+...+x(n-i+1)i]]>是組合濾波后的管道首端壓力信號X中n時刻前長度為i的壓力信號序列的平均值,是組合濾波后的管道首端壓力信號序列X中n時刻前長度為j的壓力信號序列的平均值,同理計算出error₂；

步驟7.2：若error₁>管道首端動態閾值,且error₂>管道末端動態閾值，表示當前組合濾波后的壓力信號為壓力異常信號，執行步驟7.3，否則，表示當前組合濾波后的壓力信號為正常信號，返回步驟1；

步驟7.3：設壓力信號由管道首端傳播到管道末端的理論時間差為Δt，若n-m＞Δt，則表示該壓力異常信號為有效壓力異常信號，執行步驟7.4，否則，返回步驟1；

步驟7.4：根據序列X＝{x(n-k+1),x(n-1),...,x(n)}、Z＝{z(m-k+1),z(m-1),...,z(m)}，利用Pearson相關系數法計算出該兩個序列的相關系數ρ，判斷ρ與設定的相關系數經驗值C的大小，若ρ≥C，則此時管道首端的有效異常壓力信號和管道末端的有效異常壓力信號是由同一個壓力源引起的異常壓力信號，執行步驟8，否則，返回步驟1；

步驟8：對同一壓力源引起的壓力異常信號進行定位：對同一個壓力源引起的管道首端壓力異常信號和管道末端壓力異常信號進行連續小波變換，得到兩個小波系數的極大值點所對應的時刻，利用兩個小波系數的極大值點所對應的時刻之差計算出管道壓力異常點到管道首端的距離。