基于振动传感器的跨越油气管道意外载荷检测方法技术

本发明专利技术提供一种基于振动传感器的跨越油气管道意外载荷检测方法，包括步骤：(1)在阈值处理理论基础之上，建立阈值

【技术实现步骤摘要】
基于振动传感器的跨越油气管道意外载荷检测方法


[0001]本专利技术属于油气管道安全监测
，具体涉及一种基于振动传感器的跨越油气管道意外载荷检测方法。

技术介绍

[0002]石油与天然气因为经济性和安全性更多采用管道进行运输，但由于管道腐蚀，应力开裂，第三方人为因素等影响导致管道经常会发生泄漏事故，带来巨大的经济损失和环境损失。并且由于跨越管道的地理位置，导致人工巡检困难，安全隐患较大，一旦发生泄漏，应急救援更加困难，而对于跨越管道的安全信号监测预防事故发生是当下的重点问题。
[0003]对于油气管道的安全信号检测研究，现有技术主要采用声波法和光纤法两种方法。在光纤降噪算法方面在现有的专利中，专利CN114630207A《基于降噪自编码器的多传感接点感知数据收集方法》设计了一种基于降噪自编码器的多传感节点感知数据收集方法；CN114413180A《种基于栈式自编码器的低功率EMAT信号降噪方法》提供了一种基于栈式自编码器的低功率EMAT信号降噪方法；CN209638792U《电容式燃气管道泄漏检测装置》设计了一种通过检测传感器电容信号来判断燃气管道泄漏的方法。
[0004]但由于燃气管道的干扰因素的复杂性以及所处环境因素的多样性甚至极端性等，目前对于燃气管道安全检测信号处理和应用研究相对匮乏，故本专利技术所述的一种基于振动传感器的跨越油气管道意外载荷检测方法在燃气管道安全监测安全领域具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于振动传感器的跨越油气管道意外载荷检测方法，包括步骤：(1)在阈值处理理论基础之上，建立阈值
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模极大值去噪算法；(2)初步选取跨越油气管道振动信号的特征参数为峰值因子，重心频率、均方频率、频率标准差和能量熵；(3)在长输管道上进行振动传感器的布置，组成长输管道振动实验系统，进行数据收集；(4)通过采取外物撞击的方法进行实验，模拟管道所受到的意外载荷的状况；(5)收集振动传感器的信号，并利用阈值
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模极大值算法对信号进行降噪处理；(6)探究选取振动信号作为跨越油气管道的安全监测信号的可行性和有效性；(7)利用长输管道振动实验系统，研究在不同环境因素下，振动信号变化情况。
[0006]本专利技术通过构建长输管道振动实验装置，提出采用阈值
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模极大值算法对振动传感器接受信号进行去噪处理，并提取特征参数峰值因子，重心频率、均方频率、频率标准差和能量熵进一步对比分析，本专利技术为跨越油气管道的安全监测提供了一种新思路。可以为企业监测和控制跨越油气管道安全信号检测提供科学指导。
[0007]本专利技术解决其技术问题具体采用的技术方案是：
[0008]一种基于振动传感器的跨越油气管道意外载荷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009]步骤S1：在阈值处理理论基础之上，建立阈值
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模极大值去噪算法；
[0010]步骤S2：初步选取跨越油气管道振动信号的特征参数为峰值因子，至少包括：重心频率、均方频率、频率标准差和能量熵；
[0011]步骤S3：在长输管道上进行振动传感器的布置，组成长输管道振动实验系统，进行数据收集；
[0012]步骤S4：通过采取外物撞击的方法进行实验，模拟管道所受到的意外载荷的状况；
[0013]步骤S5：收集振动传感器的信号，并利用阈值
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模极大值算法对信号进行降噪处理；
[0014]步骤S6：探究选取振动信号作为跨越油气管道的安全监测信号的可行性和有效性；进一步筛选峰值因子；
[0015]步骤S7：利用长输管道振动实验系统，研究在不同环境因素下，振动信号变化情况，以对方案进一步优化。
[0016]进一步地，所述阈值
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模极大值去噪算法首先对含噪信号进行小波变换，得到高频部分和低频部分；再利用阈值法处理，限定模极大值；然后求各个极值点对应的模极大值，若超过设定的阈值且属于上一个尺度搜索区，则保留该极值点，反之则舍去该极值点；最后对所有保留的点求和，重构信号。
[0017]进一步地，小波变换具体采用dB5小波，分解层数为2。
[0018]进一步地，在步骤S4和步骤S5中，管道系统启动运行后，不施加载荷，采集三组管道正常运行工况下的振动信号，并进行阈值
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模极大值去噪，观察信号处理前后的时域和频域波形；再开展振动实验，用一轻物从设定的高度自由落体与管道碰撞来产生振动信号，共测3组；
[0019]随后进行重复性实验，为增大振动强度，选用另一轻物从同一高度自由落体再测三组；提取获得振动信号特征。
[0020]进一步地，在步骤S6之后，不再将峰值因子和能量熵作为提取的参数，仅选择重心频率、均方频率以及频率标准差。
[0021]进一步地，在步骤S7中，为探究信号源与传感器距离对特征参数的影响，将传感器固定在管道上，采用50g泡沫板于50cm高度自由落体撞击在管道上，保持振动强度相同，仅改变撞击点与传感器的距离，开展三组实验，获取相关特征参数；为探究流量对振动信号的影响，将振动传感器固定在管道上，保持一号泵站启动，仅改变二号泵站两台泵的串并联方式来改变流量；获取振动信号并提取相应的特征值；为探究流向对特征参数的影响，将振动传感器固定在管道上，采用200g的重物于50cm高度自由落体撞击管道，撞击点分别位于传感器上、下游2m、4m和6m处，采集振动信号的特征参数。
[0022]进一步地，在步骤S7中，根据进一步实验研究的结果，获得以下优化策略：
[0023]在实际应用中应合理考虑检测段管道沿线振动传感器之间的布设距离，以保证任意位置的振动信号能够被采集到；
[0024]不考虑流量对振动信号的影响；
[0025]在利用振动信号的强弱对振动源进行定位时，应考虑流体流向对振动信号的影响。
[0026]本专利技术及其优选方案，设计了一种基于振动传感器的跨越油气管道意外载荷检测方法并进行了实验验证，探究振动信号作为油气管道的安全检测信号的可行性和有效性。
本专利技术的技术方法能够有效的识别意外载荷对管道造成的影响和损害，降低了油气管道受意外载荷所造成管道泄漏的安全隐患，为企业监测和控制跨越油气管道安全信号检测提供科学指导。
附图说明
[0027]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步详细的说明：
[0028]图1为本专利技术实施例阈值
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模极大值去噪算法流程图；
[0029]图2为不同小波的性能对比图；
[0030]图3为dB5小波在不同分解层数下的去噪性能对比图；
[0031]图4为本专利技术实施例正常运行工况时的波形示意图；
[0032]图5为本专利技术实施例振动工况时的波形示意图；
[0033]图6为本专利技术实施例管道在三种工况下的特征参数对比图；
[0034]图7为本专利技术实施例不同因素的影响对比图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于振动传感器的跨越油气管道意外载荷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤 S1：在阈值处理理论基础之上，建立阈值
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模极大值去噪算法；步骤S2：初步选取跨越油气管道振动信号的特征参数为峰值因子，至少包括：重心频率、均方频率、频率标准差和能量熵；步骤S3：在长输管道上进行振动传感器的布置，组成长输管道振动实验系统，进行数据收集；步骤S4：通过采取外物撞击的方法进行实验，模拟管道所受到的意外载荷的状况；步骤S5：收集振动传感器的信号，并利用阈值
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模极大值算法对信号进行降噪处理；步骤S6：探究选取振动信号作为跨越油气管道的安全监测信号的可行性和有效性；进一步筛选峰值因子；步骤S7：利用长输管道振动实验系统，研究在不同环境因素下，振动信号变化情况，以对方案进一步优化。2.根据权利要求1所述的基于振动传感器的跨越油气管道意外载荷检测方法，其特征在于：所述阈值
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模极大值去噪算法首先对含噪信号进行小波变换，得到高频部分和低频部分；再利用阈值法处理，限定模极大值；然后求各个极值点对应的模极大值，若超过设定的阈值且属于上一个尺度搜索区，则保留该极值点，反之则舍去该极值点；最后对所有保留的点求和，重构信号。3.根据权利要求2所述的基于振动传感器的跨越油气管道意外载荷检测方法，其特征在于：小波变换具体采用dB5小波，分解层数为2。4.根据权利要求3所述的基于振动传感器的跨越油气管道意外载荷检测方法，其特征在于：在步骤S4和步骤S5中，管道系统启动运行后，不施加载荷，采集三组管道正常运行工况下的振动信号，并进行阈值
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【专利技术属性】
技术研发人员：廖镕，滕霖，李卫东，尹鹏博，何乘武，张慕旗，林晓红，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：