[发明专利]一种基于变模式分解的声发射管道漏点定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种管道漏点的定位方法，尤其是一种基于变模式分解的声发射管道漏点定 位方法。

背景技术

作为提高石油、水等资源的利用效率、减少社会经济损失、实现其可持续发展的重要手 段，针对管道漏点的定位问题一直是人们研究的热点。常见的漏点定位方法可分为两大类： 一类是传统的人工诊断方法，即由工作人员利用听音棒等工具对管道泄漏与否以及漏点位置 进行判断。但该方法对工作人员的经验要求较高，同时具有易受环境干扰、测量误差大等特 点。另一类是基于信号处理和数据分析的检测方法，通过对管道泄漏时所产生的压力波、管 道出入口的流量变化、示踪气体、声音等信号进行检测、处理、传输等技术实现故障检测及 定位。其中，基于泄漏声信号的漏点定位方法由于适用范围广，检测定位速度快，精度高， 能够实现管道运行状态的在线实时检测，已成为当前主要的检测手段。其实质为利用传感器 采集管道泄漏时所发射的声波，在对其产生机理进行分析的基础上，对信号的统计特性进行 提取和分析，而后利用相关模型判断管道的漏点位置。

然而，在传感器进行声信号采集的过程中，不可避免的会存在各种噪声，噪声的存在将 导致泄漏误判或定位错误。噪声的抑制及消除方法种类较多，传统的傅里叶分析和小波变换 等时频分析方法本质上是以线性和平稳假设为基础的；而对于非线性、非平稳信号，则需要 在不知道输入信号任何先验信息的前提下，依据其自身特点，自适应地进行噪声的抑制和消 除。美国国家宇航局Huang等人提出了经验模式分解(EmpiricalModeDecomposition,EMD)， 根据信号本身的局部特征时间尺度，自适应地将其分解为若干个有限的从瞬态尺度(高频) 到粗糙尺度(低频)的本征模态函数之和，而后通过适当地舍弃其中的高频模态达到消噪的 目的。然而，EMD模式分解的结果对极值点的寻找方法、估计载波包络的极值点插值方法， 以及循环终止标准的设定等因素均有较大的依赖；此外，由于本征模态函数代表了信号的内 在波动信息，但如何对其作合理的取舍，以达到在保留有效信号的前提下提高消噪效果，尚 存在一定的困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的漏点声信号采集过程中消噪效果差，导致管道漏点定 位精度差。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于变模式分解的声发射管道漏点定位方法， 包括如下步骤：

步骤1，利用安装于管道两端的声音传感器获取管道泄漏时所发射的声信号；

步骤2，分别对获取的两路声信号作变模式分解，根据预设分解模式数量K，将原始声 信号分解为K个中心频率为ω_k的固有模态函数u_k，同时在分解过程中对各模式进行高斯平 滑作消噪处理；

步骤3，对消噪处理后的两路声信号作互相关分析，从而获取两路声信号的时延估计；

步骤4，根据所获得的时延估计对漏点位置进行定位计算。

利用变模式分解方法对两路声信号进行处理，可以在保留泄漏点的声信号本质特征的前 提下，消除噪声对声信号的干扰；与EMD信号处理方法对比，本发明的方法具有更高的鲁 棒性，通过对滤波后的信号进行互相关分析，可以有效提高漏点定位精度；采用变模式分解 方法可以根据实际信号的频段分布人为设定模态个数，进行模态估计，有效避免EMD方法 中的信号过渡分解。

作为本发明的进一步限定方案，步骤2中，变模式分解的具体步骤为：

步骤2.1，当n＝0时，对{u_k}、{ω_k}以及λ进行初始化，其中，u_k和ω_k分别表示各个固 有模态函数及其中心频率，λ为拉格朗日乘数；

步骤2.2，当n＝1时，令k＝1:K，分别对u_k、ω_k以及λ进行更新，具体更新步骤为：

步骤2.2.1，对于ω≥0，迭代更新u_k的值，具体迭代算法为：