[發(fā)明專利]一種基于變模式分解的聲發(fā)射管道漏點定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610032896.0
• 申請日: 2016-01-18
• 公開（公告）號: CN105674065A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳珊珊;胡國兵;王書旺;胡曉燕;丁寧;高燕;周波;湯滟
• 申請（專利權(quán)）人: 南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號: F17D5/06
• 分類號: F17D5/06
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 于忠洲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種管道漏點的定位方法，尤其是一種基于變模式分解的聲發(fā)射管道漏點定 位方法。

背景技術(shù)

作為提高石油、水等資源的利用效率、減少社會經(jīng)濟(jì)損失、實現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展的重要手 段，針對管道漏點的定位問題一直是人們研究的熱點。常見的漏點定位方法可分為兩大類： 一類是傳統(tǒng)的人工診斷方法，即由工作人員利用聽音棒等工具對管道泄漏與否以及漏點位置 進(jìn)行判斷。但該方法對工作人員的經(jīng)驗要求較高，同時具有易受環(huán)境干擾、測量誤差大等特 點。另一類是基于信號處理和數(shù)據(jù)分析的檢測方法，通過對管道泄漏時所產(chǎn)生的壓力波、管 道出入口的流量變化、示蹤氣體、聲音等信號進(jìn)行檢測、處理、傳輸?shù)燃夹g(shù)實現(xiàn)故障檢測及 定位。其中，基于泄漏聲信號的漏點定位方法由于適用范圍廣，檢測定位速度快，精度高， 能夠?qū)崿F(xiàn)管道運行狀態(tài)的在線實時檢測，已成為當(dāng)前主要的檢測手段。其實質(zhì)為利用傳感器 采集管道泄漏時所發(fā)射的聲波，在對其產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對信號的統(tǒng)計特性進(jìn)行 提取和分析，而后利用相關(guān)模型判斷管道的漏點位置。

然而，在傳感器進(jìn)行聲信號采集的過程中，不可避免的會存在各種噪聲，噪聲的存在將 導(dǎo)致泄漏誤判或定位錯誤。噪聲的抑制及消除方法種類較多，傳統(tǒng)的傅里葉分析和小波變換 等時頻分析方法本質(zhì)上是以線性和平穩(wěn)假設(shè)為基礎(chǔ)的；而對于非線性、非平穩(wěn)信號，則需要 在不知道輸入信號任何先驗信息的前提下，依據(jù)其自身特點，自適應(yīng)地進(jìn)行噪聲的抑制和消 除。美國國家宇航局Huang等人提出了經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒纸?EmpiricalModeDecomposition,EMD)， 根據(jù)信號本身的局部特征時間尺度，自適應(yīng)地將其分解為若干個有限的從瞬態(tài)尺度(高頻) 到粗糙尺度(低頻)的本征模態(tài)函數(shù)之和，而后通過適當(dāng)?shù)厣釛壠渲械母哳l模態(tài)達(dá)到消噪的 目的。然而，EMD模式分解的結(jié)果對極值點的尋找方法、估計載波包絡(luò)的極值點插值方法， 以及循環(huán)終止標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定等因素均有較大的依賴；此外，由于本征模態(tài)函數(shù)代表了信號的內(nèi) 在波動信息，但如何對其作合理的取舍，以達(dá)到在保留有效信號的前提下提高消噪效果，尚 存在一定的困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的漏點聲信號采集過程中消噪效果差，導(dǎo)致管道漏點定 位精度差。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于變模式分解的聲發(fā)射管道漏點定位方法， 包括如下步驟：

步驟1，利用安裝于管道兩端的聲音傳感器獲取管道泄漏時所發(fā)射的聲信號；

步驟2，分別對獲取的兩路聲信號作變模式分解，根據(jù)預(yù)設(shè)分解模式數(shù)量K，將原始聲 信號分解為K個中心頻率為ω_k的固有模態(tài)函數(shù)u_k，同時在分解過程中對各模式進(jìn)行高斯平 滑作消噪處理；

步驟3，對消噪處理后的兩路聲信號作互相關(guān)分析，從而獲取兩路聲信號的時延估計；

步驟4，根據(jù)所獲得的時延估計對漏點位置進(jìn)行定位計算。

利用變模式分解方法對兩路聲信號進(jìn)行處理，可以在保留泄漏點的聲信號本質(zhì)特征的前 提下，消除噪聲對聲信號的干擾；與EMD信號處理方法對比，本發(fā)明的方法具有更高的魯 棒性，通過對濾波后的信號進(jìn)行互相關(guān)分析，可以有效提高漏點定位精度；采用變模式分解 方法可以根據(jù)實際信號的頻段分布人為設(shè)定模態(tài)個數(shù)，進(jìn)行模態(tài)估計，有效避免EMD方法 中的信號過渡分解。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定方案，步驟2中，變模式分解的具體步驟為：

步驟2.1，當(dāng)n＝0時，對{u_k}、{ω_k}以及λ進(jìn)行初始化，其中，u_k和ω_k分別表示各個固 有模態(tài)函數(shù)及其中心頻率，λ為拉格朗日乘數(shù)；

步驟2.2，當(dāng)n＝1時，令k＝1:K，分別對u_k、ω_k以及λ進(jìn)行更新，具體更新步驟為：

步驟2.2.1，對于ω≥0，迭代更新u_k的值，具體迭代算法為：