[發明專利]基于短時能量和線性擬合的泄漏信號傳播速度測量方法

有效

• 申請號: 201710042631.3
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106594529B
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 徐科軍;何飛;葉國陽
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: F17D5/06
• 分類號: F17D5/06
• 代理公司: 合肥金安專利事務所 34114
• 代理人: 劉文軍

1.一種基于短時能量和線性擬合的泄漏信號傳播速度測量方法，將兩個壓電傳感器A和B安裝在管道上，兩個壓電傳感器之間的距離為L，敲擊其中一個壓電傳感器外側的管道；通過數據采集系統同步采集兩路壓電傳感器拾取到的敲擊信號；敲擊信號在n₀時刻先到達壓電傳感器A，經過兩個壓電傳感器之間的距離L后，在n₁時刻到達壓電傳感器B；設敲擊信號的采樣頻率為Fs，敲擊信號在兩個壓電傳感器之間的傳播時間T＝(n₁-n₀)/Fs；通過測量敲擊信號到達兩個壓電傳感器的起始時刻來確定傳播時間，進而得到聲速V＝L/T；其特征在于：

對兩個壓電傳感器拾取到的兩路敲擊信號分別進行預處理；對預處理后的兩路敲擊信號分別求平方；用移動的矩形窗去截取平方后的敲擊信號，計算敲擊信號的短時能量；根據這兩路敲擊信號的短時能量選擇合適的閾值；根據閾值確定兩路敲擊信號的起始點；兩個起始點之間的時間差就是敲擊信號在兩個壓電傳感器之間的傳播時間；固定兩個壓電傳感器之間的距離，進行多次實驗，得到多個傳播時間，并取平均，得到某一距離下的平均傳播時間；再多次改變兩個壓電傳感器之間的距離進行敲擊實驗，得到不同距離下的平均傳播時間；針對兩個壓電傳感器之間不同的距離和不同的平均傳播時間進行線性擬合，得出一條直線方程；計算出該直線方程斜率的倒數，就得到聲速。

2.如權利要求1所述的一種基于短時能量和線性擬合的泄漏信號傳播速度測量方法，其特征在于：對兩個壓電傳感器同步拾取到的兩路敲擊信號分別進行低通濾波、去均值和歸一化的預處理。

3.如權利要求1所述的一種基于短時能量和線性擬合的泄漏信號傳播速度測量方法，其特征在于：用一個移動的矩形窗截取平方后的敲擊信號，計算矩形窗內平方后的敲擊信號的短時能量；具體地，對平方處理后的敲擊信號用一個長度較短且固定為M點的矩形窗函數去截取平方后從0點到M點這一段的敲擊信號，計算矩形窗內這些信號之和，得到敲擊信號在M/2點處的局部能量E(M/2)；再移動矩形窗，分別計算從M/2點到N-M/2點范圍內每一點的局部能量，這些局部能量構成了敲擊信號的短時能量E(n)，n＝M/2,…,N–M/2，M為矩形窗函數的長度，N是采樣總點數。

4.如權利要求1所述的一種基于短時能量和線性擬合的泄漏信號傳播速度測量方法，其特征在于：先根據其中一路敲擊信號的起始峰和其短時能量，確定這路敲擊信號的閾值選取范圍；再用同樣的方法確定另外一路敲擊信號閾值的選取范圍；取這兩個求得的閾值范圍的交集，得到兩路敲擊信號公共的閾值選取范圍；在這個公共的閾值范圍內選取一個值作為最終的閾值。

5.如權利要求1所述的一種基于短時能量和線性擬合的泄漏信號傳播速度測量方法，其特征在于：根據短時能量曲線以及確定的閾值計算敲擊信號的起始點；針對短時能量曲線，從M/2點處開始檢索，M為矩形窗函數的長度，將短時能量曲線上的值與閾值進行比較；由于敲擊信號的短時能量曲線與敲擊信號之間在時間上是一一對應的，所以，短時能量曲線上比閾值大的第一個點的橫坐標就是敲擊信號的起始點；由于兩路敲擊信號是被同步采樣的，所以，兩路敲擊信號起始點之差就是敲擊信號在兩個壓電傳感器之間的傳播時間；設第一路敲擊信號的起始點為n₀，第二路敲擊信號的起始點為n₁，兩路敲擊信號的采樣頻率為Fs，則兩路敲擊信號在兩個壓電傳感器之間的傳播時間T＝(n₁-n₀)/Fs。

6.如權利要求1所述的一種基于短時能量和線性擬合的泄漏信號傳播速度測量方法，其特征在于：通過多次改變兩個壓電傳感器之間的距離，進行敲定實驗，計算敲擊信號在不同傳播距離下的平均傳播時間；再對敲擊信號在不同傳播距離下的平均傳播時間運用最小二乘法進行線性擬合，擬合出的直線斜率的倒數就是要測量的聲速。