输气管道声波法泄漏检测技术的理论与实验研究

为探究输气管道声波法泄漏检测技术的基本原理和研究方法,建立了输气管道泄漏仿真模型和实验模型。首先,研究输气管道发生泄漏时声波产生机理,从而明确声波法泄漏检测技术的工作原理;其次根据声波法泄漏检测的原理建立Fluent仿真模型,通过CFD软件模拟输气管道泄漏得到流场和声场,得到声波信号特征;再次根据声波法泄漏检测的原理搭建实验管道,设计完成声波信号数据采集终端,并在仿真结果指导下完成输气管道泄漏检测实验,采集得到实验数据并进行分析,得到泄漏时声波信号特征并对仿真结果进行验证;最后对比多工况条件下的实验结果和仿真结果,分析不同工况条件对压力波动值的影响规律,从而总结输气管道声波法泄漏检测的仿真与实验研究方法,为声波法泄漏检测的实际工程应用提供理论基础。研究结果表明:输气管道泄漏产生的声波来源于泄漏时气体不稳定流动产生的偶极子声源和四极子声源;仿真模拟和实验研究的方法都可以完成声波法泄漏检测技术的研究,可以对声波法泄漏检测技术的推广和工程应用提供强大的理论支持和可行性保证。结论是:声波法泄漏检测技术可以很好的检测输气管道泄漏,是一种灵敏度高,检测时间短,值得推广的方法。     

基于Sagnac光纤干涉仪的管道泄漏检测和定位技术

研制了一种基于Sagnac干涉仪的分布式光纤传感器,可实时进行管道泄漏检测与定位.阐述了该传感技术的工作原理和泄漏点定位方法,并推导了泄漏引起的光信号相位变化表达式。管道泄漏实验结果表明,水压为0.3MPa时,该技术能有效地检测到管道泄漏的发生并准确定位。     

一种用于管道泄漏声定位的可调Q因子小波变换分析方法

针对泄漏声发射信号的非平稳随机特性,进行了泄漏声信号可调Q因子小波变换(Tunable Q-Factor Wavelet Transform,TQWT)的理论分析和实验研究。首先通过对典型泄漏声信号的TQWT分析,研究品质因子和分解尺度对泄漏声特征提取的影响。然后根据峭度最大原则,优选出适合泄漏声信号分析的TQWT参数。在此基础上,提出了一种基于TQWT提取管道泄漏声特征分量的方法,并将提取的特征分量进行互相关分析用于管道泄漏定位。实验结果表明,利用该方法可以有效提取出泄漏声信号中的特征分量,从而更好实现泄漏定位,定位误差较小。该项研究工作为实际工程管道泄漏检测提供了可行的解决方案。      

一种基于谐波检测技术的光纤甲烷气体传感器

甲烷是易燃易爆气体,是矿井瓦斯及天然气等多种气体燃料的主要成分.气体爆炸一直是困扰煤矿安全生产的重大难题,因此现场实时检测甲烷气体浓度对于工矿安全运行,人身安全有着至关重要的作用.基于甲烷气体近红外吸收的机理,研究了一种以DFB LD为光源的高灵敏度光谱吸收型光纤甲烷气体传感器.利用光源调制实现气体浓度的谐波检测,用二次谐波与一次谐波的比值来消除光路干扰.建立了谐波检测的数学模型,给出了甲烷气体的测量结果.利用光纤作为传光通道,使得探头可以与测量电?肥迪滞耆绺衾?增强了系统的安全性.     

新型分布式光纤管道泄漏检测技术及定位方法研究

介绍了一种基于萨尼亚克(Sagnac)干涉仪的直线型分布式光纤管道泄漏监测系统,实时进行管道泄漏监测和定位。此系统有两条传感光纤,可有效提高管道监测距离。推导了泄漏信号引起的光信号相位变化表达式;分析了该干涉仪应用于泄漏检测的原理及其泄漏源定位方法,并在分别距两传感光纤末端的法拉第旋转镜为3.990km和4.024 km处进行了泄漏检测实验。管道泄漏实验结果表明,该系统较准确地确定了泄漏源位置且定位误差小于1.05%.     

输气管道泄漏的波达时差交叉定位方法*

为了实现对管道泄漏位置的三维定位,该文提出一种基于波达时差法的交叉定位方法。将传感器阵列布放在不同位置,通过波达时差法获取远场泄漏声源的两组空间方位信息,对两组方位交叉求取空间伪交点从而完成定位。建立泄漏定位实验平台,分析了多种互相关方法以及阵列孔径、布放间距、泄漏位置等因素对延时估计和定位精度的影响。实验结果表明:选取基本互相关法对泄漏信号的10 500 Hz分量进行互相关分析,能够获取稳定的延时估计结果;在有效信号检测范围内,增大阵列孔径和布放间距能有效减少误差;该文方法相较于现有波达时差法能有效提高距离原点4 m以上泄漏位置的定位精度。     

一种可用于单色光谱检测的CMOS层叠传感器

一种可以对单色光谱进行检测的并基于标准CMOS工艺的新型器件结构进行了制作和测试.它的基本原理是:利用器件本身两层结构对偏蓝色的短波长光和偏红色的长波长光的不同响应特性,得到器件响应值对于波长的单调递增曲线并可由此得到输入光谱的单色波长信息.文章中介绍了器件的基本工作原理,设计制作了实验性器件并对其特性曲线进行了实际的标定,最终给出了可用于单色光谱测量的器件响应和波长的对应曲线.     

基于时延估计的光栅阵列管道泄漏检测与定位方法研究

城市燃气在管道运输过程中存在很大的安全隐患,一旦发生危险,后果不堪设想,燃气管道泄漏的监测与定位意义重大。为解决目前大部分管道泄漏检测与定位方法存在的易受环境干扰、精度低、适用范围窄、计算难度较高等问题,提出了一种基于时延估计的光栅阵列（wFBG）管道泄漏检测与定位方法,该方法通过光栅阵列技术采集振动信号,根据采集到的泄漏振动信号时域、频域上的特征,首先通过基于短时能量分析的方法检测管道是否泄漏,然后对满足要求的信号片段进行峰值间多项式拟合获取泄漏信息到达的时刻,最后根据时间差定位泄漏点。实验结果表明,该方法能有效检测泄漏,并且在测量距离为40 m的情况下,定位误差在1 m左右。     

电容式次声传感器频率特性研究

研究了次声传感器的频率特性的分布情况,定量分析了次声传感器组成部件参数对幅频特性的影响。通过求解次声传感器前后腔内的次声波动态方程得到频率响应模型和截止周期误差模型,选取一批进气口、均压管和膜片相对误差在5%之内的部件,与体积相对误差控制在0.1%之内的前后腔体部件组装成32个次声传感器并对其进行校准实验,校准结果表明该批传感器的截止周期分布在540 s至610 s区间,根据截止周期误差模型计算的理论变化区间范围为530.6 s至614.9 s区间,二者的一致性验证了模型的有效性,为控制次声传感器截止周期一致性和传感器批量精细设计提供了理论指导。     

开放式天然气泄漏甲烷气体检测技术研究

天然气集输站场是天然气输送和储存过程中的枢纽,也是天然气泄漏检测的重点对象。传统的天然气泄漏检测技术响应慢、效率低,难以满足实际所需。可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)以其响应速度快、灵敏度高、无需维护等优点得到广泛应用。使用可调谐半导体激光吸收光谱技术实现了同时对天然气的主要成分甲烷、乙烯、乙炔三种气体实时测量的开放式检测和报警系统。实验结果表明,该系统响应时间小于2s,其甲烷、乙烯、乙炔的测量精度分别小于100ppm-m,40ppm-m,50ppm-m,为石油化工行业中天然气泄漏检测技术提供了新的技术方法。     

天然气管道泄漏的声-压耦合识别方法

为了提高对城市燃气管道泄漏检测的准确性,该文提出了一种基于声波与压力波耦合的识别方法,并通过实验考察了它的可行性。实验发现管道的气体泄漏引起了两个显著特征,即泄漏噪声与压力下降。泄漏噪声的强度随泄漏量增大而增大,但噪声的频率基本保持不变;管道内压力降低的速率与泄漏量大小正相关。据此发展了一种基于相关算法的泄漏耦合识别方法,通过判别泄漏噪声与压力降是否同时出现,以及相关函数值大小与阈值对比,来判别泄漏是否发生及其大小。实验验证了耦合识别方法的有效性,并展示了比单一信号识别方法更好的抗干扰能力。     

光纤传感技术在管道泄漏检测中的应用与进展

快速发现并定位管道泄漏对管道运输的安全至关重要,开发永久的、分布式、实时在线的管道检测传感系统是管道安全检测的重要目标.光纤传感技术具有体积小、灵敏度高、耐酸碱腐蚀、抗电磁干扰能力强、不产生电火花等优点,在管道检测中具有巨大的应用潜力.对应用于管道泄漏检测的各种光纤传感技术的原理和国内外发展现状进行了介绍,包括光纤布拉...     

Resonantly excited ZnO nanowires for fabrication of high sensitivity gas sensor

A novel approach for gas sensing based on mechanical resonance of ZnO nanowires is reported. For this purpose, ZnO nanowires were grown between comb-like electrodes using a novel oxygen plasma treatment approach. Then gas measurements were carried out at different agitating frequency. Results show an improvement in gas sensitivity of resonantly excited ZnO nanowires. Our results open up a promising approach to fabricate high sensitivity gas sensor. Also we have introduced an alternative frequency modulation gas detection method here.     

Tunable fiber laser based photoacoustic gas sensor for early fire detection

A photoacoustic gas sensor using a near-infrared tunable fiber laser and based on wavelength modulation spectroscopy technique is developed. This sensor is capable of quasi-simultaneous quantification of water vapour, acetylene, carbon dioxide, and carbon monoxide (H₂O, C₂H₂, CO and CO₂) concentrations in the fire emulator. The feasibility of using this sensor as an early fire detector was demonstrated. The fire warning gases from smoldering paper were measured. The peak concentrations of gases from smoldering paper were 20,300 ppm H₂O, 2.1 ppm C₂H₂, 756 ppm CO, and 1612 ppm CO₂ after 400 s.     

基于ASDX/ASCX的火电厂电站管线漏电无损检测系统设计

为了提高火电厂电站管线漏电检测的准确性和实时性,并最大程度降低对管线的损坏,设计并实现了一种基于ASDX/ASCX的火电厂电站管线漏电无损检测系统。采用ASDX/ASCX传感器完成对电站管线漏电信号传播速度数据以及电站管线漏电信号所在管线高度数据等的采集,基于可编程逻辑控制器PLC(Program Logic Control,PLC),对采用传感器采集管线中的数据过程进行实时控制,通过实时分析采集的数据,进而实时的对管线进行无损检测,系统硬件设计给出了基于ASDX/ASCX三轴加速度传感器、ARM微处理器以及USB2085数据采集卡等硬件的设计原理,软件设计中,对PLC控制的软件平台选择及运行流程进行了详细设计,并给出了无损检测漏电信号TMS320VC5509A DSP处理流程。实验结果表明,系统控制误差在2%以内,比传统系统平均节能120J,运算效率提高22%左右。系统控制精度高,响应速度快,可靠性强,满足用户使用要求。     

Multiparametric sensor based on DBR porous silicon for detection of ethanol gas

We are here concerned with fabrication possibility of multiparametric gas sensor based on porous silicon. In order to use the porous silicon as a gas sensor, we made the DBR (distributed Bragg reflector) porous silicon onto silicon wafer and monitored the change of three parameters during exposure of DBR porous silicon to ethanol gas. The sensing parameters were the shift of reflectance peak, the PL (photoluminescence) intensity, and the electrical conductance. As a result, the spectra of reflectance and PL shifted toward longer wavelength. The electrical conductivity increases rapidly. After removing the gas, all sensing parameters return exactly to the initial value.     

基于激光吸收光谱技术天然气管道泄漏定量遥测方法的研究

报道了基于激光吸收光谱学原理的天然气管道泄漏移动遥测技术,通过模拟天然气泄漏实验, 分析了移动遥测的关键技术问题.为了定量遥测天然气管道微量泄漏,引入一个和剩余幅度调制(RAM) 等值反相的信号对偏差进行补偿,降低RAM对谐波信号的影响,提高系统检测灵敏度. 针对遥测回波吸收光谱特征,提出了改进软阈值小波去噪法,就提高系统信噪比而言, 比传统软阈值去噪法高2倍多,同时对二次谐波(2f)信号形状也有很好的保留,通过探测限计算, 系统移动遥测灵敏度达到80 ppm/m.     

探测氢气泄漏的布拉格光栅型传感器

介绍了布拉格光栅型氢传感器的工作原理,开发出一种新型的由布拉格光栅和溅射钯膜组成的氢气敏光纤传感器。分析了此传感器的应力传递过程,建立了最大波长漂移量与氢浓度关系的数学模型。通过试验研究了光栅的氢响应特性,理论模型预测的最大波长漂移量与试验结果十分吻合。     

一种移动式遥测天然气泄漏检测仪

天然气管道泄漏检测对人员安全、环境保护以及国家财产安全等具有重要的意义,但是,由于管线跨越地域广阔,操作工况以及环境情况复杂,致使管线的泄漏检测存在困难。文章介绍了一种基于波长扫描差分吸收光谱技术的移动式遥测天然气泄漏检测仪。针对遥测回波吸收光谱特性,提出了基于小波变换的改进型软阈值小波去噪方法,实验分析能够提高系统信噪比3倍多,同时在遥测光强为530nA时,可达到的最小遥测灵敏度为80ppm.m,系统采用波长扫描差分吸收光谱技术成功实现天然气泄漏的定量遥测与准确定位,具有快速、准确、智能及安全等特点。