一种高灵敏度输水管路泄漏监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高灵敏度输水管路泄漏监测系统及方法，系统包括供电模块、混沌电路模块、水分监测传感器和显示模块，供电模块、水分监测传感器和显示模块均与混沌电路模块连接。方法包括步骤：1）混沌电路模块产生一个具有交叉耦合项的混沌系统；2）利用混沌电路模块的传感器电路模块产生的电信号对混沌系统的交叉耦合项产生扰动，引起混沌吸引子的轨道跃迁；3）水分监测传感器对输水管路的泄漏进行监测，根据显示模块显示的混沌吸引子轨道判断输水管路发生泄漏的情况。本发明专利技术输水管路泄漏监测系统不受管路材料、安装环境的限制，根据吸引子的变化，迅速判断泄漏的存在；辅助使用盐水监测技术识别管路泄漏的大小，结构简单、易于使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信号监测领域，具体涉及一种高灵敏度输水管路泄漏监测系统及方法，利用混沌理论进行输水管路泄漏监测。
技术介绍
管路系统在水资源输送过程中起着举足轻重的作用,但是管路在长期的使用中会出现不同形式的故障，如管路裂纹、管道腐蚀、管系耦合振动、管内水锤以及阀门振动等。为了确保工业生产的正常发展，管路泄漏故障的监测成为人们日益关注的问题。针对这些问题，目前已经提出了一些解决办法。管路无损监测技术，如内窥镜监测法、红外监测法、X射线分析法、磁粉监测、涡流监测、超声导波管路监测法，随后基于声发射技术和基于振动的监测方法、小波变换监测方法被广泛地应用于管路系统的监测。然而，随着新材料在管路中的大量应用以及管路安装形式的多样化，如管路弹性支撑安装、海底海床铺设安装以及城市管路系统地下铺设埋藏等，使得传统的管路监测方法面临新的挑战。一些在金属管路中性能很好的监测仪器在新材料和非金属管路中显得力不从心，甚至无法监测出明显的裂纹故障；一些铺设埋藏在地下的管路则缺乏有效的监测方法。由此可见，工程实际中迫切需要采取新的方法来实现管路的泄漏监测。在利用混沌理论进行管路泄漏监测时，传统的观点认为：当非线性系统的参数处于混沌参数区域范围时，系统呈现出混沌行为，此时系统对初始条件敏感。但是，该敏感性通常需要经过一定时间的演化才能体现，从而导致混沌对异常信号的监测能力缺乏实时性和有效性；此外，由于系统只是对初始条件的变化有敏感，因此需要通过不断地改变初始条件来监测异常信号，在具体工程实践过程中，则对应于如下操作：不断地“启动-开关”电路来使系统在不同的初始条件下运行。这种操作，一是不利于系统的长期运行；二是监测效率低下。因此，这些直观地、主观臆断的思路，阻碍了对混沌的科学应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有管路泄漏监测存在的上述不足，提供一种高灵敏度输水管路泄漏监测系统及其方法，系统不受管路材料、安装环境的限制，根据吸引子的变化，迅速判断泄漏的存在；辅助使用盐水监测技术识别管路泄漏的大小。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种高灵敏度输水管路泄漏监测系统，包括供电模块、混沌电路模块、水分监测传感器和显示模块，所述供电模块、水分监测传感器和显示模块均与混沌电路模块连接；所述供电模块用于为混沌电路模块供电；所述混沌电路模块用于产生具有交叉耦合项的混沌系统，并将该混沌系统产生的混沌吸引子输出给显示模块，混沌电路模块内还设有传感器电路模块，传感器电路模块用于产生影响混沌系统的交叉耦合项的电信号，使混沌系统产生的混沌吸引子轨道剧烈变化发生轨道跃迁；所述水分监测传感器用于在监测到输水管路发生泄漏时，利用传感器电路模块产生的电信号对混沌吸引子的影响，根据混沌吸引子的状态对输水管路的泄漏进行监测；所述显示模块用于显示所述的混沌系统产生的混沌吸引子轨道。按上述方案，所述混沌电路模块产生的混沌系统为三阶多耦合非线性系统。按上述方案，所述混沌电路模块包括敏感单元电路模块、参数调节电路模块和传感器电路模块：所述敏感单元电路模块包含第三运算放大器OP3、第四运算放大器OP4、第五运算放大器OP5和第一乘法器U2；所述第三运算放大器OP3的反相输入端通过电阻R16连接至乘法器U2的引脚7，第三运算放大器OP3的同相输入端接地，第三运算放大器OP3的输出端通过电阻R7与运算放大器OP3的反相输入端连接、通过电阻R5与第四运算放大器OP4的反相输入端连接；所述第四运算放大器OP4的反相输入端通过电阻R15与第一乘法器U2的引脚1连接、通过电阻R17与滑动变阻器Rv连接，第四运算放大器OP4的同相输入端接地、并与第五运算放大器OP5的同相输入端连接，第四运算放大器OP4的输出端通过电阻R8与第四运算放大器OP4的反相输入端连接、通过电阻R6与第五运算放大器OP5的反相输入端连接；所述第五运算放大器OP5的反相输入端通过电容C2与第五运算放大器OP5的输出端连接；所述第一乘法器U2的引脚2、引脚4、引脚6接地；所述参数调节电路模块包含第六运算放大器OP6、第七运算放大器OP7、第八运算放大器OP8、第九运算放大器OP9和第二乘法器U3；所述第六运算放大器OP6的反相输入端通过电阻R13与第二乘法器U3的引脚3连接，运算放大器OP6的同相输入端接地、并与运算放大器OP7的同相输入端连接，第六运算放大器OP6的输出端通过电阻R21与第六运算放大器OP6的反相输入端连接、通过电阻R9与第七运算放大器OP7的反相输入端连接；第七运算放大器OP7的反相输入端通过电阻R18与第二乘法器U3的引脚1连接，第七运算放大器OP7的输出端通过滑动变阻器Rv与第七运算放大器OP7的反相输入端连接；所述第八运算放大器OP8的反相输入端通过电阻R10与第二乘法器U3的引脚7连接，第八运算放大器OP8的同相输入端通过电阻R20接地，第八运算放大器OP8的输出端通过电阻R11与第八运算放大器OP8的反相输入端连接、通过电阻R12与第九运算放大器OP9的反相输入端连接；第九运算放大器OP9的同相输入端接地，第九运算放大器OP9的输出端通过电容C3与第九运算放大器OP9的反相输入端连接、通过电阻R19与第八运算放大器OP8的同相输入端连接；所述第二乘法器U3的引脚2、引脚4、引脚6接地；所述敏感电路单元模块与参数调节电路模块相连，具体为：所述第一乘法器U2的引脚1与第二乘法器U3的引脚1连接，所述第一乘法器U2的引脚3通过电阻R19与第八运算放大器OP8的同相输入端连接，第一乘法器U2的引脚3同时与第九运算放大器OP9的输出端连接，所述第二乘法器U3的引脚3与第五运算放大器OP5的输出端连接；所述传感器电路模块包含第一运算放大器OP1和第二运算放大器OP2，所述第一运算放大器OP1的反相输入端通过电阻R2与第二乘法器U3的引脚3连接，第一运算放大器OP1的同相输入端通过电阻R3与第一乘法器U2的引脚1、第二运算放大器OP2的输出端以及电阻R15的一端连接，第一运算放大器OP1的同相输入端还通过电阻R14接地，所述电阻R15的另一端与第四运算放大器OP4的反相输入端连接，第一运算放大器OP1的输出端通过电阻R4与第一运算放大器OP1的反相输入端连接；所述第二运算放大器OP2的反相输入端通过电阻R1与运算放大器OP1的输出端连接，第二运算放大器OP2的同相输出端接地，第二运算放大器OP2的输出端通过电容C1与第二运算放大器OP2的反相输入端连接；所述水分监测传感器采用电阻检测模块R本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高灵敏度输水管路泄漏监测系统，其特征在于：包括供电模块、混沌电路模块、水分监测传感器和显示模块，所述供电模块、水分监测传感器和显示模块均与混沌电路模块连接；所述供电模块用于为混沌电路模块供电；所述混沌电路模块用于产生具有交叉耦合项的混沌系统，并将该混沌系统产生的混沌吸引子输出给显示模块，混沌电路模块内还设有传感器电路模块，传感器电路模块用于产生影响混沌系统的交叉耦合项的电信号，使混沌系统产生的混沌吸引子轨道剧烈变化发生轨道跃迁；所述水分监测传感器用于在监测到输水管路发生泄漏时，利用传感器电路模块产生的电信号对混沌吸引子的影响，根据混沌吸引子的状态对输水管路的泄漏进行监测；所述显示模块用于显示所述的混沌系统产生的混沌吸引子轨道。

【技术特征摘要】
1.一种高灵敏度输水管路泄漏监测系统，其特征在于：包括供电模块、混沌电路模块、
水分监测传感器和显示模块，所述供电模块、水分监测传感器和显示模块均与混沌电路模块
连接；所述供电模块用于为混沌电路模块供电；所述混沌电路模块用于产生具有交叉耦合项
的混沌系统，并将该混沌系统产生的混沌吸引子输出给显示模块，混沌电路模块内还设有传
感器电路模块，传感器电路模块用于产生影响混沌系统的交叉耦合项的电信号，使混沌系统
产生的混沌吸引子轨道剧烈变化发生轨道跃迁；所述水分监测传感器用于在监测到输水管路
发生泄漏时，利用传感器电路模块产生的电信号对混沌吸引子的影响，根据混沌吸引子的状
态对输水管路的泄漏进行监测；所述显示模块用于显示所述的混沌系统产生的混沌吸引子轨
道。
2.根据如权利要求1所述的高灵敏度输水管路泄漏监测系统，其特征在于：所述混沌电
路模块产生的混沌系统为三阶多耦合非线性系统。
3.根据如权利要求1或2所述的高灵敏度输水管路泄漏监测系统，其特征在于：所述混
沌电路模块包括敏感单元电路模块、参数调节电路模块和传感器电路模块：
所述敏感单元电路模块包含第三运算放大器OP3、第四运算放大器OP4、第五运算放大
器OP5和第一乘法器U2；所述第三运算放大器OP3的反相输入端通过电阻R16连接至乘法
器U2的引脚7，第三运算放大器OP3的同相输入端接地，第三运算放大器OP3的输出端通
过电阻R7与运算放大器OP3的反相输入端连接、通过电阻R5与第四运算放大器OP4的反
相输入端连接；所述第四运算放大器OP4的反相输入端通过电阻R15与第一乘法器U2的引
脚1连接、通过电阻R17与滑动变阻器Rv连接，第四运算放大器OP4的同相输入端接地、
并与第五运算放大器OP5的同相输入端连接，第四运算放大器OP4的输出端通过电阻R8与
第四运算放大器OP4的反相输入端连接、通过电阻R6与第五运算放大器OP5的反相输入端
连接；所述第五运算放大器OP5的反相输入端通过电容C2与第五运算放大器OP5的输出端
连接；所述第一乘法器U2的引脚2、引脚4、引脚6接地；
所述参数调节电路模块包含第六运算放大器OP6、第七运算放大器OP7、第八运算放大
器OP8、第九运算放大器OP9和第二乘法器U3；所述第六运算放大器OP6的反相输入端通
过电阻R13与第二乘法器U3的引脚3连接，运算放大器OP6的同相输入端接地、并与运算
放大器OP7的同相输入端连接，第六运算放大器OP6的输出端通过电阻R21与第六运算放
大器OP6的反相输入端连接、通过电阻R9与第七运算放大器OP7的反相输入端连接；第七
运算放大器OP7的反相输入端通过电阻R18与第二乘法器U3的引脚1连接，第七运算放大
器OP7的输出端通过滑动变阻器Rv与第七运算放大器OP7的反相输入端连接；所述第八运
算放大器OP8的反相输入端通过电阻R10与第二乘法器U3的引脚7连接，第八运算放大器

\tOP8的同相输入端通过电阻R20接地，第八运算放大器OP8的输出端通过电阻R11与第八运
算放大器OP8的反相输入端连接、通过电阻R12与第九运算放大器OP9的反相输入端连接；
第九运算放大器OP9的同相输入端接地，第九运算放大器OP9的输出端通过电容C3与第九

【专利技术属性】
技术研发人员：杨庆超，刘树勇，方远，位秀雷，王强，李靖，李志兴，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42