本文關鍵詞：供水管道泄漏檢測信號采集系統(tǒng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 為減少水資源浪費,提高檢測效率,在供水管網(wǎng)泄漏控制工程中需要采用專門的泄漏檢測定位儀器。應用嵌入式技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的供水管道泄漏檢測及定位儀器系統(tǒng),采用現(xiàn)代傳感器技術(shù)、信號調(diào)理技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)構(gòu)成靈活可調(diào)的、開放式的儀器系統(tǒng),能夠滿足多種工程實際應用條件,性能指標較傳統(tǒng)儀器有較大改善。 針對供水管道泄漏信號幅度低,動態(tài)范圍大,頻率分布因管道材質(zhì)等情況的不同而異,受噪聲污染嚴重等特點,本文研究具有低噪聲、低功耗特性,采集參數(shù)動態(tài)可調(diào)的管道泄漏信號采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)以單片機為核心,包括內(nèi)裝IC的加速度傳感器、信號調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、液晶顯示模塊和電源管理模塊,CPU可根據(jù)泄漏信號特征的變化調(diào)整信號調(diào)理參數(shù)。采集器設計了帶通濾波器,抑制外界噪聲;設置了增益可編程控制放大器,增加動態(tài)范圍。電阻、集成放大器等選擇低噪聲器件,降低電路噪聲,提高采集信號的信噪比。從軟硬件兩方面對采集系統(tǒng)進行低功耗設計,以適應管道泄漏檢測的野外操作環(huán)境。 為提高漏點定位精度,需增加采集時間和ADC轉(zhuǎn)換位數(shù),這將導致數(shù)據(jù)量急劇增大,而采集系統(tǒng)存儲容量有限,為解決該矛盾,提出一種傳感信號采集中的誤差受控壓縮算法。為適應泄漏信號特征多變的情況,根據(jù)各段信號的自相關系數(shù)動態(tài)調(diào)整梯度預測器的系數(shù);通過改進最大步長均勻量化器降低量化噪聲;采用Golomb-Rice編碼算法對量化后的預測誤差序列進行編碼。根據(jù)采集器前端噪聲水平確定壓縮誤差參數(shù)的上限,進而獲得壓縮比的上限。算法在泄漏檢測定位中的應用表明,壓縮比達2.63時,壓縮后重構(gòu)信號漏點定位誤差增加量小于0.2 m。 本文在充分認識和分析供水管道泄漏信號特征的基礎上,采用嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)泄漏信號采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集單元的動態(tài)范圍為70 dB,濾波器通頻帶為200-2000 Hz,對50 Hz和2500 Hz噪聲的抑制能力分別為-35 dB和-60 dB。在泄漏信號采集過程中進行誤差可控數(shù)據(jù)壓縮,確定了不影響信號處理結(jié)果前提下壓縮誤差參數(shù)和壓縮比的上限。大量實際泄漏檢測實驗表明,研發(fā)的供水管道泄漏信號采集系統(tǒng)工作有效、穩(wěn)定、可靠,具有方便攜帶、低噪聲,低功耗等特點,滿足管道泄漏檢測定位要求。
【關鍵詞】：泄漏檢測定位 數(shù)據(jù)采集 嵌入式系統(tǒng) 誤差受控壓縮
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：TH878
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 緒論8-14
• 1.1 研究意義8-9
• 1.2 傳統(tǒng)管道泄漏檢測定位方法9-10
• 1.3 現(xiàn)代管道泄漏檢測定位方法10-11
• 1.4 管道泄漏信號采集系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.5 本課題的主要研究內(nèi)容12-14
• 2 供水管道泄漏信號特征及泄漏檢測定位原理14-22
• 2.1 引言14
• 2.2 管道泄漏信號特征14-18
• 2.2.1 幅頻特征14-17
• 2.2.2 噪聲特征17-18
• 2.3 管道泄漏檢測定位原理18-21
• 2.3.1 互相關時延估計泄漏定位原理18-19
• 2.3.2 自適應時延估計泄漏定位原理19-21
• 2.4 小結(jié)21-22
• 3 供水管道泄漏信號采集系統(tǒng)設計22-40
• 3.1 引言22
• 3.2 低噪聲設計22-25
• 3.2.1 噪聲分類22-24
• 3.2.2 數(shù)據(jù)采集單元低噪聲設計24-25
• 3.3 低功耗設計25-26
• 3.4 泄漏信號采集系統(tǒng)硬件設計26-33
• 3.4.1 處理器選型26-28
• 3.4.2 傳感器選型28-29
• 3.4.3 信號調(diào)理模塊29-30
• 3.4.4 數(shù)據(jù)傳輸模塊30-31
• 3.4.5 顯示模塊31
• 3.4.6 電源模塊31-33
• 3.4.7 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件系統(tǒng)33
• 3.5 泄漏信號采集系統(tǒng)軟件流程33-38
• 3.5.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體流程33-34
• 3.5.2 數(shù)據(jù)采集流程34-36
• 3.5.3 數(shù)據(jù)存儲流程36
• 3.5.4 數(shù)據(jù)傳輸流程36-38
• 3.6 管道泄漏信號采集系統(tǒng)38-39
• 3.7 小結(jié)39-40
• 4 泄漏信號采集系統(tǒng)性能測試及應用40-49
• 4.1 引言40
• 4.2 系統(tǒng)性基本參數(shù)能測試40-43
• 4.3 ADC 實際轉(zhuǎn)換精度43-44
• 4.4 泄漏信號采集系統(tǒng)應用44-47
• 4.4.1 泄漏檢測定位實驗44-46
• 4.4.2 噪聲對漏點定位精度的影響46-47
• 4.5 小結(jié)47-49
• 5 管道泄漏信號采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)壓縮49-68
• 5.1 引言49
• 5.2 數(shù)據(jù)壓縮理論基礎49-50
• 5.2.1 信息熵49-50
• 5.2.2 壓縮系統(tǒng)評價50
• 5.3 數(shù)據(jù)壓縮方法分類50-59
• 5.3.1 統(tǒng)計編碼51-52
• 5.3.2 預測編碼52-57
• 5.3.3 變換編碼57-58
• 5.3.4 分析/綜合編碼58-59
• 5.4 管道泄漏信號誤差受控壓縮59-65
• 5.4.1 梯度預測器設計59-62
• 5.4.2 量化器62-64
• 5.4.3 Golomb-Rice 編碼64-65
• 5.5 壓縮誤差上限的確定65-66
• 5.6 實驗66-67
• 5.7 小結(jié)67-68
• 6 結(jié)論68-70
• 致謝70-71
• 參考文獻71-75
• 附錄：作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文目錄75

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