低频声波油井液面检测方法研究

为克服冲击声波法油井液面检测设备寿命短的缺陷,研究了一种低频声波测量油井内液面深度的方法,采用电磁式扬声器产生伪随机码调制的低频声波作为探测信号。通过对回波信号的解码和相关检测处理可以抑制背景噪声的干扰。完成了油井液面检测仪的硬件和软件系统的初样设计,并对不同信噪比下的回波信号作了仿真分析,仿真分析结果表明,该方法在低信噪比情况下,仍具有良好的辨识效果。     

低频水下声信号的激光探测

根据表面波声光效应的原理,提出了一种低频水下声信号的激光探测技术,并建立了实验装置。在几十赫兹的低频段,对水下声源所产生的表面声波进行了探测。实验过程中,利用MATLAB软件对拍摄的衍射图样进行扫描分析,得到了衍射图样中条纹的像素差。根据波长与条纹间距的解析关系式,得到了低频液体表面声波波长,其大小在毫米量级。利用计算机编程,根据最小二乘法拟合色散关系的回归曲线,测量结果与理论色散关系吻合。该方法具有实时、非接触的特点。     

卷积神经网络在气体泄漏超声识别中的应用

为了克服现有气体泄漏检测方法的不足,提出一种基于卷积神经网络的气体泄漏超声信号识别方法。在设计卷积神经网络网络结构时,通过多次预训练确定网络层数、卷积核数目和尺寸、全连接层神经元数目。同时,选择Inception模块平衡网络宽度和深度,防止过拟合的同时提高网络对尺度的适应性。通过输气管道泄漏实验平台模拟工况中常见的阀门泄漏和垫片泄漏,利用短时傅里叶变换进行时频图表征,在此基础上,建立二分类模型和不同泄漏类型的三分类模型。结果表明,相比二分类模型,不同泄漏类型的三分类模型识别准确率有所降低,添加Inception模块可以有效提高三分类模型的性能。     

深度残差收缩网络的含噪微泄漏超声识别方法*

在利用声学信号进行泄漏检测时,复杂的背景噪声往往会淹没微弱的泄漏信号,导致误判率高。针对微小泄漏在含噪环境中识别困难的问题,提出了基于深度残差收缩网络（DRSN）的含噪微泄漏识别方法。在提出的方法中,添加不同强度高斯噪声,建立数据集,使用DRSN网络进行训练,验证DRSN对不同泄漏强度、不同噪声含量样本识别的有效性。实验结果表明：DRSN对于微弱泄漏可以达到较理想的识别率,即使在高度杂糅数据识别时仍能达到较理想的识别效果,而且噪声含量并不会对DRSN迭代次数产生明显的影响。将提出的方法与CNN识别方法对比,DRSN具有明显的优势。     

一种用于高压输气管道泄漏检测的次声传感器的研究

研究了一种用于检测高压输气管道泄漏次声波的次声传感器。针对管道泄漏频带宽,频率低的特点,该次声传感器换能元件选用电容式传声器,设计了一个前端耐压壳,将前端敏感单元与前置放大器隔离,可耐12 MPa静态压力;通过对比信号放大电路,实现了对调制电路优化设计,使得在1 Hz以下频段仍有较高灵敏度,传感器自噪声降低;该传感器只对声波敏感,对振动的灵敏度平均值1 mV/g,具有很好的抗振动干扰性能。测试结果表明：该传感器能有效地检测到声波信号,频率响应范围0.5 Hz至300 Hz,覆盖了管道泄漏次声频带和低频可听声频段,不放大的Ⅰ档灵敏度200 mV/Pa,Ⅱ档和Ⅲ档分别将信号放大5倍和20倍,输出信号的自噪声小于15 mV,该传感器可适用于天然气输气管道的泄漏监测。     

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。     

自来水铸铁管道泄漏声信号频率特征研究

针对基于声发射技术的自来水管网泄漏检测定位方法，研究因泄漏而形成的声信号频率分布及不同泄漏量对频率分布的影响。实际泄漏检测时，通常采用互相关法估计泄漏信号到达不同传感器间的时间延迟实现漏点定位，因此，借助互相关分析法研究了管道的不同口径及泄漏信号传播距离对泄漏信号频率分布的影响。同时，泄漏声信号的传播不可避免要经过管道间的接口，因此分析了两种管道接口对信号频率成分的影响。进而为设计合理的管道泄漏检测过程提供依据，并为泄漏声信号形成及多种因素对泄漏声信号特征产生影响的机制研究奠定基础。     

管道有源噪声控制中壁面分布次级声源的空间分布优化

为了改进管道中高阶模式声波的有源控制效果,研究了壁面分布次级声源的空间分布优化问题。首先提出管道中次级声源独立控制高阶模式声波的理论模型。然后推导次级声源在管道中各方向上空间分布对控制高阶模式声波的贡献,得到了次级声源空间分布的优化准则。通过将空间分布离散化,采用最小化管道中声能流的控制策略得到次级声源的最优驱动强度。最后通过数值仿真对比最优驱动强度时各种次级声源空间分布对控制性能的影响,验证了通过优化次级声源空间分布能显著提高控制效果。仿真结果表明,当次级声源分布于管道所有壁面且沿管道轴向分布范围较大时,高阶模式的控制效率最高。     

偏振态对分布式光纤泄漏检测系统的影响研究

研制了一种基于Sagnac干涉仪的直线型分布式光纤传感器,可实时进行管道泄漏检测与定位。分析和研究了该干涉仪的泄漏检测原理、泄漏源定位方法以及光偏振态对传感器性能的影响。当两束光偏振态相同时,系统具有最佳的性能;当两束光正交时,无法实现信号检测。管道泄漏的实验结果表明,该系统能较准确地确定泄漏源位置,且定位误差为0.69%。     

一种简便的表达声波波动特性的演示方法

1引言 普通扬声器发出的声波不是强指向性的；当声源发出的直达声波到达接收传声器后，由房间内对应各个反射面向声源产生的声波也陆续到达，造成严重的干扰．由于室内反射面状况较复杂，对时域中具有一定持续时间的信号，其直达声与反射声完全混叠，无法将各个像声源所对应的声波一一辨别出，因此直接采用扬声器发出的窄带或单频信号作为波源的实验方法就无法应用于普通的课堂教学．     

Leak Detection of Gas Pipelines Based on Characteristics of Acoustic Leakage and Interfering Signals

When acoustic method is used in leak detection for natural gas pipelines, the external interferences including operation of compressor and valve, pipeline knocking, etc., should be distinguished with acoustic leakage signals to improve the accuracy and reduce false alarms. In this paper, the technologies of extracting characteristics of acoustic signals were summarized. The acoustic leakage signals and interfering signals were measured by experiments and the characteristics of time-domain, frequency-domain and time-frequency domain were extracted. The main characteristics of time-domain are mean value, root mean square value, kurtosis, skewness and correlation function, etc. The features in frequency domain were obtained by frequency spectrum analysis and power spectrum density, while time-frequency analysis was accomplished by short time Fourier transform. The results show that the external interferences can be removed effectively by the characteristics of time domain, frequency domain and time-frequency domain. It can be drawn that the acoustic leak detection method can be applied to natural gas pipelines and the characteristics can help reduce false alarms and missing alarms.     

Leak location in gas pipelines using cross-time–frequency spectrum of leakage-induced acoustic vibrations

The correlation-based location methods are widely used in leak detection of the pipelines assuming that the acoustic speed has been known and constant. In practice, the acoustic speed is frequency-varying due to the dispersions of gas-leak-induced acoustic waves, and thus the assumption is not supported. In this work, a location scheme based on cross-time–frequency spectrum (CTFS) is intended for the gas-leak-induced acoustic waves with frequency-varying acoustic speed. In the scheme, the CTFS is obtained by the one-dimensional Fourier transform of the time domain convolution between the kernel function in correlation domain and the instantaneous cross-correlation of the two spatially separately collected acoustic signals on either sides of a leakage. Then, the time difference of arrival (TDOA) and the corresponding frequency information are extracted simultaneously when the CTFS reaches the maximum value. The resulting peak frequency is used to online determine the frequency-dependant acoustic speed in combination with the known dispersive curve of gas-leak-induced dominated mode. Finally, the gas leakage is located by the TDOA and the frequency-dependant acoustic speed of real-time determination instead of constant acoustic speed. Consequently, for the proposed scheme, the constant acoustic speed is no longer a prerequisite. The proposed scheme has been experimentally validated in leak detection of gas pipelines and results demonstrate that the average relative location errors are reduced by six times compared with the commonly used correlation-based location method.     

一种新颖的供热管网隐性气体泄漏检测系统设计

供热管网由于管线距离长、高空架设结构不统一,导致其隐性热量泄露严重且很难发现。设计了一种新颖的供热管网隐性泄漏检测系统。采用光离子传感器PID-A1, 通过热电偶的阻值随燃烧热量来影响初始电压的变化进而对管线隐性泄露气体进行反映并检测,采用HUAWEI CM无线模块,完成全部PID-A1检测数据的无线接收、发射、基带信号处理和音频信号处理并传递数据到OPA4340数据采集模块,采用高速数字信号处理MCU芯片AT89C58实时处理采集到的数据,最终实现了供热管网隐性气体泄漏的检测。软件设计通过直接焓值法优化数据MCU处理模块的中央控制器运算性能,采用最小二乘法增强热量采集温度的效率和精度,确保检测系统的低功耗和高效率。最后进行仿真实验,实验结果表明: 本文系统的节能量比传统系统平均节能120J,并且本文系统的运算效率优于传统系统,提高22%左右,检测误差在2%以内,说明本系统的具用很强的可用性和推广价值。     

一种基于声散射特性的有鳔鱼特征获取方法

鱼分类技术在渔业资源评估中的重要性日益凸显,而分类中能够得到不同鱼种的本质声散射特征尤为重要。文章基于鱼的声散射特性,提出一种有鳔鱼种特征获取新方法。鱼的目标强度反映了鱼的本质声散射特征,其主要取决于鱼鳔的大小、形状及声波入射角度、频率,文章基于基尔霍夫模式模型和图像处理方法进行建模,不仅可对鱼体和鱼鳔进行更真实的近似,而且可以得到精确的目标强度仿真结果。通过图像识别方法,对鱼体及鱼鳔图像进行灰度变换、二值化、边缘识别、轮廓提取等处理,得到鱼体及鱼鳔边缘坐标,利用得到的信息进行建模,并给出了相应的计算机仿真结果。最后进行了水池试验,对仿真数据与试验数据进行了对比分析,并提取得到有鳔鱼的目标强度特征,为鱼分类特征获取提供了一条新的途径。     

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。     

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。     

基于多重散射强度和偏振特征的舰船尾流气泡激光探测方法

研究多重散射效应对舰船尾流气泡群光散射强度和偏振特征的影响是舰船光尾流探测以及新型光自导鱼雷研究的基础. 基于矢量Monte Carlo方法建立了舰船尾流气泡群激光后向探测仿真模型, 重点研究了尾流气泡群的多重散射机理,分析了多重散射效应、尾流气泡群密度对回波信号强度和偏振特征的影响规律. 基于粒子碰撞重要性抽样的基本思想, 在传统能量接收方法的基础上, 提出了回波光子偏振贡献接收方法和回波信号偏振信息统计方法, 解决了小视场系统光子返回概率低无法形成回波能量的难题. 构建了模拟尾流气泡群激光散射强度和偏振探测实验平台, 从实验的角度验证了模拟结果的准确性. 实验和模拟结果的一致性表明, 利用回波强度、偏振信息可表征气泡群距离、密度信息, 从而可对舰船尾流特别是低密度尾流进行高精度的探测和辨识. 关键词： Monte Carlo 偏振 多重散射 气泡     

Photoacoustic detection and localization of small gas leaks.

Leak detection and localization are critical manufacturing quality-control processes. Many industrial and domestic machines use or convey pressurized gases or liquids. Unintended leaks from machine components may be detrimental to consumers, manufacturers, and the environment. This paper describes a leak detection technique based on photoacoustic sounds produced by the interaction of a carbon dioxide (CO2) laser tuned to 10.6 micrometers and a photoactive tracer gas, sulfur hexaflouride (SF6), emitted by calibrated leak sources. Acoustic signals generated by a high-speed scan of the laser beam through the cloud of tracer gas formed near the leak are recorded in a bandwidth from 3 to 52 kHz by multiple microphones. From the recorded signals, the presence or absence of a leak may be deduced by comparison with the background noise level at the signal frequencies, which occur at the harmonics of the scan rate. When a leak is present, its location is determined from a simple model of the acoustic environment and matched field processing (MFP). Current results show that a gas leak of 1 cm3 per day can be detected and localized to within +/- 3 mm in a few seconds using four microphones, placed 0.41 m from the leak location, and an incoherent average of the MFP ambiguity surfaces at eight signal frequencies. Comparisons of the Bartlett and minimum-variance-distortionless matched field processors are also presented.