【摘要】：現(xiàn)代工業(yè)和生活中均大量使用用于存放和運(yùn)輸高壓氣體的壓力管道以及壓力容器,例如氣缸、氣罐、高壓氣體管道等。由于自身原因和外部因素,管道經(jīng)常會(huì)發(fā)生泄漏事故,既影響人們正常的生產(chǎn)生活,還會(huì)造成能源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。管道氣體泄漏檢測(cè)技術(shù)已受到不同領(lǐng)域科研人員的重視,如何快速檢測(cè)和準(zhǔn)確定位泄漏源是目前亟待解決的問題。目前常用的泄漏檢測(cè)和定位方法主要有質(zhì)量/體積平衡法、負(fù)壓波法、分布式光纖法、電阻變化法和聲發(fā)射法。與其它方法相比,聲發(fā)射法具有定位精度高、檢測(cè)時(shí)間短、誤報(bào)率低、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),所以利用聲發(fā)射法對(duì)泄漏源進(jìn)行檢測(cè)定位成為泄漏檢測(cè)定位領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。聲發(fā)射法主要可分為時(shí)域檢測(cè)法與空域定位法兩種,其中空域方法比時(shí)域方法具有更高的檢測(cè)精度及靈敏度,故該方法在實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用中最為常用。但是傳統(tǒng)的空域法經(jīng)常使用小陣元數(shù)目的L型陣列和U型陣列,同時(shí)伴隨著多個(gè)信號(hào)放大器和多路數(shù)據(jù)同步采集系統(tǒng)的使用,導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜及成本昂貴。同時(shí)由于陣元數(shù)目的限制,泄漏定位的精度也受到限制。針對(duì)上述方法存在的問題,本文提出了一種基于僅由兩個(gè)傳感器組成的虛擬相控陣的氣體泄漏定位方法。此方法采用單個(gè)傳感器連續(xù)掃描來獲得泄漏信號(hào)的幅度信息,同時(shí)引入?yún)⒖紓鞲衅鱽慝@得相位信息。本研究通過使用該方法可以使用兩個(gè)傳感器來構(gòu)成較大數(shù)目的陣列,研究結(jié)果表明此方法可以獲得高精度的氣體泄漏定位結(jié)果,顯著降低泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的復(fù)雜度,同時(shí)還可以有效降低系統(tǒng)成本。本研究提出了一種基于傳統(tǒng)陣列信號(hào)處理的虛擬波束形成算法,其將傳統(tǒng)的陣列信號(hào)處理算法與虛擬陣列相結(jié)合,可以有效地估計(jì)出氣體泄漏的方位。同時(shí)該方法使用互功率譜算法去解決使用虛擬陣列造成的信號(hào)采集不同步的問題,用算法去代替信號(hào)同步采集電路。本研究首先設(shè)計(jì)了不同陣元數(shù)目及不同陣元間距的仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)虛擬波束形成算法精度的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明定位結(jié)果的角度分辨率隨掃描陣元的增多而提高;陣元間距遠(yuǎn)低于半個(gè)波長(zhǎng)時(shí),隨著掃描間距的增大,由于虛擬陣列的陣元數(shù)目固定,從而使陣列孔徑變大,進(jìn)而提高了定位的分辨率。然后進(jìn)行多次實(shí)際的氣體泄漏檢測(cè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證提出的氣體泄漏定位方法的有效性,并進(jìn)行了誤差分析。結(jié)果表明該方法在有效的檢測(cè)距離內(nèi)能夠高精度地對(duì)氣體泄漏源進(jìn)行定位,該方法可以低成本、高效率、高精度地定位泄漏源位置,具有廣泛的應(yīng)用前景。
【圖文】：

圖 2.2 泄漏信號(hào)的頻譜圖圖 2.3 泄漏聲波與環(huán)境噪聲的頻譜分布據(jù)對(duì)泄漏孔處產(chǎn)生超聲波的理論分析以及對(duì)泄漏信號(hào)的頻譜分析生的聲信號(hào)是寬頻信號(hào)，其能量分布在 0～300 kHz 的頻段上，，從圖 2.2 中可以看出，超聲信號(hào)的能量主要分布在兩個(gè)區(qū)域，一

15圖 2.3 泄漏聲波與環(huán)境噪聲的頻譜分布處產(chǎn)生超聲波的理論分析以及對(duì)泄漏信號(hào)是寬頻信號(hào)，其能量分布在 0～300 kHz 可以看出，超聲信號(hào)的能量主要分布在兩 kHz（峰值在 160 kHz），另一個(gè)在低頻區(qū)于超聲波在空氣中播時(shí)頻率越高能量衰減Hz 頻段的超聲信號(hào)作為檢測(cè)信號(hào)。另外根可以看出，在可聽聲頻段范圍內(nèi)背景噪聲段范圍內(nèi)泄漏聲的聲壓級(jí)大于背景噪聲，聲壓差達(dá)到最大值[61]。我們對(duì)泄漏聲信號(hào)作為檢測(cè)信號(hào)是最合適的選擇。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP274.53;TE973.6

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本文編號(hào)：2683550