隨著現(xiàn)代石油化工產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,氣體的生產(chǎn)、使用、運(yùn)輸、儲存過程中存在著大量易燃、易爆、有毒和有害氣體,經(jīng)常會導(dǎo)致重大泄漏事故的發(fā)生,造成了巨大的人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境破壞。因此,氣體泄漏定位與檢測技術(shù)的研究意義重大,其中,超聲波泄漏檢測技術(shù)因?yàn)榫哂泻軓?qiáng)的穿透能力,對被檢測目標(biāo)的檢測靈敏度高、檢測速度快、缺陷定位準(zhǔn)確等特點(diǎn),所以它已經(jīng)成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。一直以來,國內(nèi)外學(xué)者對超聲波氣體泄漏檢測技術(shù)開展了大量的工作和研究,但現(xiàn)行的理論主要集中在氣體泄漏檢測的方式上,對于氣體泄漏聲波信號處理的算法方面研究較少。在泄漏聲波信號的處理中,當(dāng)前的經(jīng)典目標(biāo)方位估計(jì)（DOA）方法存在分辨率低、抗噪性能差、不適用于低快拍、多個(gè)泄漏源以及陣元數(shù)目較少等適用場合的問題。本課題首先針對超聲波氣體泄漏檢測技術(shù)和信號DOA估計(jì)方法的研究現(xiàn)狀,研究了均勻線性陣列的陣列形式和窄帶信號的基本數(shù)學(xué)模型。介紹了常見的兩種經(jīng)典DOA估計(jì)算法,分別是CBF算法和MVDR算法,并基于MATLAB平臺對這兩種算法進(jìn)行了信號源定位的仿真實(shí)驗(yàn)與分析。將傳統(tǒng)的信號采集方式與壓縮采樣方式進(jìn)行了對比和分析,描述了利用壓縮感知基本理論進(jìn)行... 

【文章來源】：鄭州大學(xué)河南省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

氣體泄漏產(chǎn)生超聲波信號

1緒論5泄漏點(diǎn)和各換能器之間的距離，最終通過幾何方法計(jì)算出泄漏點(diǎn)的三維坐標(biāo)[24]。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1.4所示。（a）環(huán)形傳感器陣列模型（b）超聲波泄漏檢測裝置圖1.3圓柱體容器氣體泄漏定位方法圖1.4實(shí)驗(yàn)裝置圖盡管國內(nèi)外研究人員在超聲波泄漏定位檢測技術(shù)方面都開展了深入的研究，也取得了許多階段性的研究成果。但是，由于工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的復(fù)雜性和氣體管道及壓力容器的多樣性，目前的超聲波泄漏定位檢測算法和定位檢測系統(tǒng)只能針對其中幾種氣體泄漏環(huán)境，不能適用于其它的氣體泄漏情況。而且，一次實(shí)驗(yàn)往往只能檢測單個(gè)泄漏源，且定位精度較低。為了解決以上問題，本課題針對超聲波泄漏定位檢測技術(shù)進(jìn)行更深入的研究，改進(jìn)了傳統(tǒng)超聲波泄漏定位檢測方法的不足之處，為復(fù)雜環(huán)境下多個(gè)持續(xù)性氣體泄漏源提供一種新的更高分辨率高精度的超聲波泄漏定位檢測方法。

2基于傳聲器陣列的信號DOA估計(jì)原理12信號的波長為。圖2.1均勻線陣(ULA)空間結(jié)構(gòu)所以，在信號DOA估計(jì)中，如果已知陣元位置kx和陣元之間的傳播時(shí)延差，就能夠根據(jù)式（2.1）求解信號源的入射信號的方位角i。假設(shè)在均勻線性陣列中，信號源入射到陣列中的方位角為i時(shí)，該陣列的導(dǎo)向矢量：TiMiiiicxjcxj)sinexp()sinexp(1)(1a(2.2)則定義陣列流形矩陣為：)](,),(),([21MaaaA(2.3)因?yàn)榫鶆蛑本�陣列結(jié)構(gòu)簡單，方便進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算處理，所以它在陣列信號處理的研究方法均勻線陣得到廣泛的應(yīng)用。2.1.2窄帶信號模型假設(shè)信號)(tis的帶寬為B，中心頻率為0f，則滿足以下條件：1.0100fBfB，一般取(2.4)此時(shí)的信號為窄帶信號。假設(shè)有P個(gè)聲源信號，UCL的陣元數(shù)目為M，信號波長為，陣元間距為2λd，那么第Mmm),...,2,1(個(gè)陣元的位置為：

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于Kalman濾波數(shù)據(jù)融合方法的超聲波氣體泄漏定位研究[J]. 王小然,王濤,洪明宇,陳金兵.  液壓與氣動(dòng). 2019(06)
[2]聲發(fā)射技術(shù)在GIS氣體泄漏檢測中的應(yīng)用[J]. 劉榮海,楊迎春,臧春艷,鄭欣,許紅偉,湯國龍.  電工電氣. 2016(09)
[3]鑄鐵承壓設(shè)備聲發(fā)射特征研究[J]. 沈功田,王鶴螢,李麗菲,吳占穩(wěn).  中國特種設(shè)備安全. 2014(09)
[4]Lamb波在對接焊縫中的傳播特性及影響因素[J]. 吳斌,崔辰悅,張也弛,何存富.  應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào). 2014(04)
[5]不銹鋼波紋管檢測換能器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究[J]. 趙繼辰,吳斌,何存富.  聲學(xué)學(xué)報(bào). 2014(02)
[6]基于麥克風(fēng)陣列的聲源定位算法研究及DSP實(shí)現(xiàn)[J]. 陳穎,吳長奇.  燕山大學(xué)學(xué)報(bào). 2013(01)
[7]常壓儲罐聲發(fā)射檢測技術(shù)[J]. 李光海,沈功田,閆河.  無損檢測. 2010(04)
[8]快速收斂最小方差無畸變響應(yīng)算法研究及應(yīng)用[J]. 周勝增,杜選民.  聲學(xué)學(xué)報(bào)(中文版). 2009(06)
[9]傳感器在管道超聲導(dǎo)波檢測中的應(yīng)用[J]. 何存富,劉增華,吳斌.  傳感器技術(shù). 2004(11)
[10]超聲導(dǎo)波在管材中的傳播特性[J]. 他得安,劉鎮(zhèn)清,田光春.  聲學(xué)技術(shù). 2001(03)

碩士論文
[1]基于超聲波虛擬相控陣列的氣體泄漏源定位算法研究[D]. 劉慶輝.鄭州大學(xué) 2019
[2]強(qiáng)干擾下相干多目標(biāo)的DOA估計(jì)算法研究[D]. 田蘊(yùn)琦.哈爾濱工程大學(xué) 2019
[3]相位式激光測距技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 孔琪.四川師范大學(xué) 2018
[4]基于矩陣重構(gòu)的自適應(yīng)波束形成改進(jìn)算法研究[D]. 楊杰.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2018
[5]基于壓縮感知的DOA估計(jì)方法研究[D]. 危瑞奇.電子科技大學(xué) 2017
[6]基于壓縮感知理論的聲矢量陣方位估計(jì)方法研究[D]. 沈小正.江蘇科技大學(xué) 2016
[7]壓縮感知重構(gòu)算法及其應(yīng)用研究[D]. 徐立軍.中北大學(xué) 2016
[8]基于聲傳感器陣列的目標(biāo)方位估計(jì)方法[D]. 陸麗.江蘇科技大學(xué) 2016
[9]波束形成技術(shù)及其在水聲通信中的應(yīng)用研究[D]. 翟昌宇.上海交通大學(xué) 2014
[10]陣列信號波達(dá)方向估計(jì)算法研究[D]. 林吉平.西安電子科技大學(xué) 2014



本文編號：3144172