[发明专利]一种输气管线泄漏音波信号的滤波优选方法

说明书

技术领域

本发明属于信号处理与管道安全监控技术领域，尤其涉及一种输气管线泄漏音波信号的滤波优选方法。 

背景技术

音波法泄漏检测技术使用的传感器为动态压力传感器，传感器以管内流体的压力脉动作为输出值，管道发生泄漏时，管内压力骤降，传感器输出波形形成一个泄漏下降沿，即泄漏发生时刻，信号压力幅值出现一个脉冲下降，随后又迅速恢复至零值附近波动，泄漏下降沿是进行泄漏判断的依据，但其持续时间短，波形变化剧烈，同时，泄漏音波信号在传播过程中存在衰减，加之背景噪声叠加干扰，使得泄漏音波信号的滤波过程变得非常困难。 

管道管径、结构和运行环境的不同，导致不同输气管道的泄漏音波信号和背景噪声信号各不相同，一种滤波方法对不同工况下采集到的信号的滤波效果也不相同。 

音波法泄漏检测技术的原理以及众多的干扰因素对信号滤波方法提出了较高的要求，单纯寻求一种固定的滤波方法，对不同运行工况的输气管线适用性有限，一种有效的解决方案是综合分析比较各种 滤波方法，某一实际工况，选出一种适应性最强、滤波效果最佳的方法。 

根据调研结果，现阶段国内外涉及输气管道泄漏音波信号处理的专利主要有： 

美国专利US6389881公开了一种利用音波技术进行管道泄漏检测的技术，该技术利用传感器采集管内动态压力，采用模式匹配滤波技术对信号进行滤波处理，排除噪声，降低干扰，提高了定位精度； 

中国实用新型专利200820078616.0公开了一种音波泄漏检测装置，传感器采集到的音波信号经前置放大后进行滤波处理，滤波为带通滤波，通过分路数据处理器实现滤波过程； 

中国专利200710177617.0公开了一种基于压力信号和音波信号的泄漏检测定位技术，利用神经网络实现音波信号的滤波、特征融合和决策融合处理，采用的滤波方法为中值滤波； 

现有的专利较少涉及泄漏音波信号的滤波过程，只是简单提及几种滤波方法，对滤波方法的选择过程没有描述，具体表现为： 

（1）对泄漏音波信号的滤波方法缺乏统一的认知，现有专利没有给出采用某一种滤波方法的具体依据； 

（2）对泄漏音波信号的滤波只使用一种固定的滤波方法，不能保证滤波效果最优，不能确保滤波方法对不同运行工况下的输气管道均具有适用性。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种输气管线泄漏音波信号的滤波优选方法，旨在解决现阶段缺乏选择泄漏音波信号滤波方法的问题。 

本发明是这样实现的，一种输气管线泄漏音波信号的滤波优选方法，该输气管线泄漏音波信号的滤波优选方法包括以下步骤： 

步骤一，泄漏音波信号下降沿长度为信号幅值突降至幅值恢复至零值的信号长度；拟合真实泄漏音波信号时域波形，得到拟合泄漏音波信号； 

步骤二，添加噪声信号，获得伪泄漏音波信号； 

步骤三，利用预选择的各种滤波方法对伪泄漏音波信号进行滤波处理，得到滤波后波形； 

步骤四，计算并获得滤波后信号的评价指标，确定最优滤波方法，以真实泄漏音波信号验证最优滤波方法的有效性。 

进一步，在步骤一中，真实泄漏音波信号的拟合为多项式拟合，拟合公式：p(n)=a₀+a₁t+a₂t²+…+a_ntⁿ，式中，p(n)为声压，单位kPa，t为泄漏时间，单位s，a₀至a_n为多项式系数，n为阶数，取值为5～10。 

进一步，在步骤二中，添加噪声信号的方法为：采集得到输气管线稳定运行时的音波信号，计算得到音波信号的均值和方差，在拟合泄漏音波信号基础上，添加与管线稳定运行音波信号具有相同均值和方差的高斯白噪声。 

进一步，在步骤三中，预选择的滤波方法有：傅里叶变换滤波、小波滤波、中值滤波、维纳滤波、FIR滤波器滤波和IIR滤波器滤波。 

进一步，预选择的滤波方法的特征参数为： 

（1）傅里叶变换滤波通带频率0Hz～100Hz； 

（2）小波滤波中小波基为sym8小波，分解层数为5层，阈值选取原则为rigrsure规则，阈值处理原则为二次多项式差值法； 

（3）中值滤波窗口长度为个采样点，其中f_s为采样频率，单位Hz； 

（4）维纳滤波窗口长度为个采样点，其中f_s为采样频率，单位Hz；