流体管道泄漏状态辨识方法技术

一种流体管道泄漏状态辨识方法，在管道的外壁上布设三轴加速度传感器，三轴加速度传感器的三个感应方向互相垂直，三轴加速度传感器分别对管道轴向振动信号、径向振动信号和周向振动信号进行拾取；根据三轴加速度传感器拾取到的信号进行互相关处理，并将互相关处理结果代入泄漏状态判断公式，当成立时，则管道上有泄漏情况发生，否则，管道未泄漏。本发明专利技术的有益技术效果是：可将噪声振动与泄漏振动有效分离开来，提高泄漏识别的准确性，算法简单，响应快。

【技术实现步骤摘要】
流体管道泄漏状态辨识方法
本专利技术涉及一种管道泄漏辨识技术，尤其涉及一种流体管道泄漏状态辨识方法。
技术介绍
漏点发现是管道泄漏处治的先决条件，现有技术在进行漏点发现时，所采用的基本原理为：在被测流体管道的外壁上安装加速度传感器来拾取泄漏声信号，通过对拾取到的信号进行分析，从而判断出流体管道是否发生泄漏；基于前述基本原理的几种典型泄漏辨识方法如下：Wan等提出首先对泄漏声信号进行自适应滤波处理，然后通过谱分析来判断流体管道是否泄漏(QWan，DBKoch，KMorris.Multichannelspectralanalysisfortubeleakdetection.Southeastcon’93，Proceedings.IEEE，1993：1-4.)；李光海等从泄漏声发射特征出发，在泄漏信号频率范围内选取某个频段，然后利用信号的功率谱密度与频率之间存在的幂指数关系来辨识管道泄漏(李光海，刘时风.声发射源特征识别的最新方法.无损检测，2002，24(12)：534-538.)；中国专利(CN101196872A)以泄漏声信号经过带通和中值滤波处理后的信号的均值、标准差、最小值、功率谱密度最大对应的频率等构建特征向量，结合支持向量机来辨识管道泄漏。上述几种泄漏辨识方法以信号的频谱特性、均值、标准差等作为泄漏辨识特征量，但由于管道泄漏声信号的频谱特性随着管道泄漏形式、管道条件等不同而存在差异性，并且管道内外存在各种噪声干扰，使得基于泄漏声信号频谱特性和统计量分析的泄漏辨识方法具有局限性；为了解决固有噪声源对泄漏辨识的影响，现有技术中还存在如下几种辨识方法：Ai等结合泄漏声信号线性预测编码倒谱系数和隐马尔可夫模型，Sato等提出以泄漏信号功率谱密度、基于AR模型的破坏因子等作为泄漏声信号特征，并结合支持向量机来区别传感信号中的相关成分来自于泄漏还是各种非泄漏声源，但这两类方法易将管内非泄漏噪声误判为泄漏声信号(CHAi，HHZhao，RJMa，eta1.PipelinedamageandleakdetectionbasedonsoundspectrumLPCCandHMM.ProceedingoftheSixthInternationalConferenceonIntelligentSystemDesignandApplications.2006：829-833.TSato.AMita.Leakdetectionusingthepatternofsoundsignalsinwatersupplysystems.SensorsandSmartStructuresTechnologiesforCivil，Mechanical，andAerospaceSystems.Proc.ofSPIE.2007.)；杨进等从管道泄漏声信号产生机理出发，指出流体管道泄漏引起的声振动信号是由泄漏流体形成湍流以及空化效应共同作用的结果，湍流与空化效应的共同作用导致流体管道泄漏声信号具有“不可重复”的特征；由于相关函数具有分析时间序列相干结构的能力，且近似熵从统计角度区别时间过程的复杂度，提出将信号相关长度后的自相关函数序列作为特征提取对象，以该序列的近似熵值来量化泄漏声信号的复杂度，并将该值作为神经网络输入来辨识泄漏的发生，从而减少误判或漏判(J.Yang,Y.Wen,P.Li,StudyonanimprovedacousticleakdetectionmethodforwaterdistributionsystemsUrbanWaterJournal10(2)(2013)71-84.)；中国专利(CN101592288A)将两邻近传感器的观测信号作为自适应滤波器的输入信号和参考信号，利用自适应滤波器收敛时的权向量包络峰值邻域之外的权向量的复杂度作为泄漏特征量，将权向量复杂度输入决策算法来判断管道是否泄漏，前述两种方法分别采用不同的信号处理方法来提取流体管道泄漏声信号的复杂度，并将其作为泄漏特征来判断管道是否泄漏，但是，管道内部流动的流体介质在遇到管道中的法兰、阀门、弯管时也会形成湍流及空化效应并产生与流体泄漏信号相似的复杂度，于是采用泄漏声信号的复杂度作为特征量来辨识泄漏声信号与管内流体流动噪声存在局限性。
技术实现思路
针对
技术介绍
中的问题，本专利技术提出了一种流体管道泄漏状态辨识方法，包括用于传输压力流体的管道，其创新在于：在所述管道的外壁上布设三轴加速度传感器，所述三轴加速度传感器的三个感应方向互相垂直，其中，第一感应方向与管道轴向平行，第二感应方向与管道径向平行，第三感应方向与管道周向的切向方向平行；三轴加速度传感器的输出量中，对应第一感应方向的信号即为轴向振动信号，对应第二感应方向的信号即为径向振动信号，对应第三感应方向的信号即为周向振动信号；对轴向振动信号、径向振动信号和周向振动信号进行互相关处理，并将互相关处理结果代入泄漏状态判断公式R(τ)，当R(τ)|τ＝0＞0成立时，则管道上有泄漏情况发生，否则，管道未泄漏；所述泄漏状态判断公式R(τ)的表达式如下：R(τ)＝R(zθ(t-τ),zr(t))-αR(zθ(t-τ),zx(t))其中，R(zθ(t-τ),zr(t))为周向振动信号和径向振动信号的互相关函数；R(zθ(t-τ),zx(t))为周向振动信号和轴向振动信号的互相关函数；α为位移分量比；τ为互相关函数的自变量—时间延迟；α的值由管道外径、厚度以及流体类型决定，具体应用时，α值需根据不同的管道类型和传输的流体类型分别单独计算，其计算方式可参见文献(D.C.Gazis,Three-DimensionalInvestigationofthePropagationofWavesinHollowCircularCylinders.I.AnalyticalFoundation,J.Acoust.Soc.Am.31(5)(1959)568-573)。例如，当管道中的压力流体为液体时，几种典型管道的α值计算结果如下表所示：管道型号管道外径管道壁厚αDN1521.32.750.0141DN2026.82.750.0188DN2533.53.250.0239DN3242.33.250.032DN40483.50.0369DN50603.50.0493DN6575.53.750.0656DN8088.540.08当管道中的压力流体为气体时，几种典型管道的α值如下表所示：管道型号管道外径管道壁厚αDN1521.32.750.0078DN2026.82.750.01DN2533.53.250.012DN3242.33.250.0142DN40483.50.0173DN50603.50.022DN6575.53.750.0277DN8088.540.0334其中，管道外径和管道壁厚的单位均为毫米。前述方案的原理是：当流体管道泄漏时，由于管道内外压力差的作用，会使得管道内的流体在泄漏孔处向外高速喷射，喷射出的流体自身会形成湍流，从而引起流体管道振动；由于泄漏点的出现存在偶然性和随机性，故相应的声激励应属于非对称激励(其原理如图1所示)，因此流体泄漏引起的管道振动主要由非对称模态组成，因泄漏产生的低频声振动主要为非对称的弯曲模态F本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流体管道泄漏状态辨识方法，包括用于传输压力流体的管道，其特征在于：在所述管道的外壁上布设三轴加速度传感器，所述三轴加速度传感器的三个感应方向互相垂直，其中，第一感应方向与管道轴向平行，第二感应方向与管道径向平行，第三感应方向与管道周向的切向方向平行；三轴加速度传感器的输出量中，对应第一感应方向的信号即为轴向振动信号，对应第二感应方向的信号即为径向振动信号，对应第三感应方向的信号即为周向振动信号；对轴向振动信号、径向振动信号和周向振动信号进行互相关处理，并将互相关处理结果代入泄漏状态判断公式R(τ)，当R(τ)|τ＝0＞0成立时，则管道上有泄漏情况发生，否则，管道未泄漏；所述泄漏状态判断公式R(τ)的表达式如下：R(τ)＝R(zθ(t‑τ),zr(t))‑αR(zθ(t‑τ),zx(t))其中，R(zθ(t‑τ),zr(t))为周向振动信号和径向振动信号的互相关函数；R(zθ(t‑τ),zx(t))为周向振动信号和轴向振动信号的互相关函数；α为位移分量比；τ为互相关函数的时间延迟。

【技术特征摘要】
1.一种流体管道泄漏状态辨识方法，包括用于传输压力流体的管道，其特征在于：在所述管道的外壁上布设三轴加速度传感器，所述三轴加速度传感器的三个感应方向互相垂直，其中，第一感应方向与管道轴向平行，第二感应方向与管道径向平行，第三感应方向与管道周向的切向方向平行；三轴加速度传感器的输出量中，对应第一感应方向的信号即为轴向振动信号，对应第二感应方向的信号即为径向振动信号，对应第三感应方向的信号即为周向振动信号；对轴向振动信号、径向振动信号和周向振动信号进行互相关处理，并将互相关处理结果代入泄漏状态判断公式R(τ...

【专利技术属性】
技术研发人员：文玉梅，李帅永，李平，文静，邱景，杨进，朱永，王宁，浮洁，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85