[發明專利]基于PSO-VMD算法的管道泄漏檢測裝置及檢測方法

在審

• 申請號: 201910083494.7
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109654384A
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 蔣軍成;刁旭;倪磊;卞海濤;池招招;儲成偉;王志榮;沈國棟
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: F17D5/06
• 分類號: F17D5/06
• 代理公司: 南京品智知識產權代理事務所(普通合伙) 32310
• 代理人: 奚曉寧;楊陳慶

本發明基于粒子群算法優化的變分模態分解（PSO?VMD）算法的管道泄漏檢測裝置及檢測方法，通過聲發射系統采集無泄漏和泄漏時的聲發射信號，首先運用PSO?VMD算法得到聲發射信號分解的預設尺度K和懲罰系數α，并對信號進行變分模態分解VMD，得到K個固有模態函數IMF分量，并采用基于能量值的方法進行信號重構，得到去噪后的最佳觀測信號，再取重構信號的時域域特征參數，最后通過支持向量機（SVM）算法進行泄漏檢測。實現了管道泄漏發生后能夠及時發現，解決了管道誤報警率高的問題。

技術領域

本發明涉及一種實驗裝置，尤其是一種基于PSO-VMD算法的管道泄漏檢測裝置及檢測方法，用來實現對于工業管道中泄漏事故的檢測。

背景技術

管道作為一種經濟、高效、便于管理的運輸方式之一，已成為當代五大運輸方式之一（公路、鐵路、水路、航空、管道），截止2017年，我國管道輸油（氣）總里程已達到12萬公里，管道在國民經濟中扮演著重要角色。但是，隨著管道里程的增加，給管道的安全運營帶來了困難，如管道設備的老化、管道的腐蝕泄漏、人為打孔盜油事故、地質條件的變化（地震、水災等）等導致的泄漏及其次生、衍生事故頻發，不僅給國民經濟造成損失，嚴重的甚至威脅人民生命財產安全。由于管道內輸送的介質常具有易燃易爆性（如石油、天然氣），發生泄漏事故后如果發現不及時或處置不當，極有可能造成火災、爆炸等事故，近年來管道安全事故頻發，造成了嚴重的后果及社會影響。

為了避免或降低管道泄漏事故的發生，管道泄漏檢測技術應運而生，目前，已經發展出多種管道泄漏檢測技術，總體來說可以分為基于硬件的檢測技術（如聲發射技術、光纖傳感器技術和漏磁檢測技術等）和基于軟件的檢測技術（如質量/流量平衡方法、負壓波方法和瞬變流方法等），但是，并不是每種方法都能適用所有的泄漏情景，每種方法都有一定的局限性及適用范圍。聲發射技術作為一種新興的技術，以其操作簡便、對管道無破壞、精度高等優點逐漸成為管道泄漏檢測的主要工具之一。

但聲發射信號易受環境背景噪聲的影響，如機械性噪聲和電氣干擾噪聲，以往常用的管道泄漏聲發射信號處理方法有小波變換（WT）、經驗模態分解（EMD）和局部均值模態分解（LMD）等，但是小波分解的效果受限于母小波的選擇，經驗模態分解和局部均值模態分解方法會有端點效應和模態混疊現象。變分模態分解（VMD）是由Dragomiretskiy等在2014年提出的一種自適應信號處理新方法，通過迭代計算得到不同中心頻率和帶寬限制，從而分解出預設尺度K個中心頻率各不相同的固有模態函數（IMF）分量。但是其分解效果取決于預設尺度K和懲罰因子α，人為設定的預設尺度K過大或過小往往會帶來過分解和欠分解的問題。

發明內容

本發明的目的在于針對上述不足之處，提供一種基于PSO-VMD算法的管道泄漏檢測裝置及檢測方法，通過基于粒子群算法優化的變模態分解（PSO-VMD）算法處理采集的管道泄漏和無泄漏時的聲發射信號，將分解后的信號去除噪聲等干擾信息后進行信號重構，并提取重構信號的特征參數，然后通過支持向量機（SVM）算法進行泄漏的檢測。

本發明是采取以下技術方案實現的：

基于PSO-VMD算法的管道泄漏檢測裝置，包括水箱、潛水泵、管道和聲發射設備；

潛水泵安裝在水箱中，潛水泵與管道上游端相連，管道下游端連入水箱，實現循環流動。

聲發射設備包括依次相連的聲發射傳感器、前置放大器和聲發射主機，聲發射傳感器布置在管道泄漏孔的上下游端，將采集到的聲發射信號傳輸至前置放大器，通過前置放大器將信號放大后傳輸至聲發射主機。

所述聲發射傳感器采用市售的R15a諧振傳感器，峰值頻率為150KHz。

所述聲發射主機采用市售的8通道PCI-2聲發射主機。

所述管道采用鑄鐵管道。

鑄鐵管道的直徑為102mm，壁厚3mm。