埋地燃气管道泄漏声发射检测技术研究

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在所有管道中,城市埋地燃气管道与人们的日常生活最紧密相关,又称之为城市的生命线。由于城市埋地燃气管网输送介质具有易燃、易爆、有毒等危险特性,一旦发生失效破坏,往往造成巨大经济损失,甚至导致灾难性事故,威胁人身安全和破坏生态环境。然而目前我国在埋地燃气管道检测技术方面非常落后,在泄漏检测方面,无有效快速确定埋地管道泄漏的部位的技术和仪器。本文正是在这样的背景下得到河北省科技攻关计划的支持,对埋地燃气管道泄漏声发射检测技术进行了理论和实验研究。  首先,对应用于埋地燃气管道泄漏检测的声发射传感器进行了研究和设计。建立了声发射传感器的等效电路,用电路理论分析该电路,讨论了影响声发射传感器灵敏度和带宽的各种因素,提出获得高灵敏度或宽频带声发射传感器的一些方法。考虑其径向和纵向振动不可忽视的耦合效应,借用表观弹性常数的定义,给出了短圆柱压电晶片包含直径和长度尺寸的频率方程。并根据频率方程制作了相应压电晶片,实验测试结果和理论预期相符。研究了不同模拟声源的特性,提出了适用于工业实用的声发射传感器标定的简便方法,建立了基于脉冲表面波声场的声发射传感器标定装置,并对商用和自制的几种声发射传感器进行标定。经过标定和实际使用,证明标定方法可行,理论正确。  第二,进行了埋地燃气管道泄漏识别技术的研究。对实验现场采集到的泄漏声发射信号和背景噪声信号进行了分析,得出噪声和泄漏信号在时域和频域上的不同特征,为泄漏信号的识别提供依据。利用小波变换进行泄漏声发射信号的降噪和重构。研究了基于时-空数据融合技术的管道泄漏识别方法。讨论了泄漏检测系统的硬件和软件的构建方式,采用分布式离线采集系统进行现场采集,通过上位计算机进行各采集仪的数据分析。在现场测试了泄漏声发射信号在距离衰减特性、管道内介质压力的变化、泄漏孔径的变化、泄漏孔的材质及光滑程度的变化所引起的声发射信号在时域和频域内的变化情况,并将提出的泄漏识别模型进行了现场验证,结果表明,通过小波分析及时空数据融合识别后,提高了泄漏识别的准确性。  第三,对埋地燃气管道泄漏定位技术进行了研究。实验研究了埋地燃气管道泄漏声发射相关定位检测技术。利用小波变换的多尺度分解重构技术,对埋地燃气管道泄漏声发射信号进行了分析处理,并设计了基于相关原理的泄漏定位算法。大量的实验结果表明该方法对于辨别埋地管道是否泄漏和确定漏源位置都有较好的效果。
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