matlab管道泄漏定位,在Matlab中分析基于小波变换的管道泄漏定位方法
在石油工业中,输油管道安全是系统运行的基本条件.由于距离长、地形复杂,加上人为盗油等因素,要求管道监测系统能够及时准确地发现泄漏,以便采取措施,避免经济损失.管道测漏方法有多种分类,根据对象不同,分为直接测漏法和间接测漏法;根据检测位置不同,分为管内检测和管外检测;从应用性质角度划分,有不影响输油工艺操作的在线检测和停运检测[1].其中间接测漏法较常用,又细分为流量平衡法、水力坡降线法、音频测漏法、超声波检测法、统计测漏法、基于神经网络的测漏法、压力波检测法等,其中负压波检测法被越来越多地采用[2].1泄漏检测及定位原理系统采用负压波检测法,利用高精度压力传感器对管线压力进行实时采样、存储,并定时打印压力变化曲线,以判断是否有泄漏并找出泄露位置.负压波法是一种声学方法,所谓压力波,就是在管输介质中传播的声波.当管道发生泄漏时,在泄漏处由于物质损失引起局部密度减小,进而造成压力降低,而管道中的流体不能立即改变流速,就会在泄漏处和任一端流体之间产生压差,泄漏点两边的液体由于存在压差而向泄漏点处补充,这一过程依次向上、下游传递,图1压力变化图相当于泄漏点处产生了一个以一定速度传播的负压波[3].泄漏分为2个阶段:瞬变阶段和稳变阶段.发生泄漏时,泄漏流量迅速达到最大,约1~2s,产生明显的减压波,引起管道水利瞬变,之后在自动调节作用下,泄漏量逐渐减小并趋于一个稳定值,如图1所示.根据泄漏产生的瞬态压力信息传播到上、下游的时间差,以及管内压力波的传播速度,即可计算出泄漏点的位置,计算公式为X=(L+at)/2,其中:L为管道长度;a为管道介质压力波的传播速度;t为上下游压力波的时间差;X为泄露点位置,见图2.2小波变换原理及准确定位的实现由于工业现场的电磁干扰、输油泵振动等因素,使采集到的压力波形序列夹杂着大量噪声,要实现负压图2负压波定位原理图系统中的有效信号、噪声等都属于随机信号,其统计特性是随时间变化的,因此主要研究其局部统计性能,对其进行局部变换,而信号的局部性能需要使用时域和频域的二维联合来表示,才能得到精确描述[4].小波变换就是这样一种有效方法.小波变换是把某一称为基本小波(母小波)的函数ab(t)做位移b后,再在不同尺度下与待分析的信号s(t)做内积WTS(a,b)=1-s(t)*t-badt,a>0.(1)小波变换被形象地称为数学显微镜[5],对s(t)进行分析,就是用基本小波观察它,(t)代表镜头所起的作用(滤波或卷积),b相当于镜头相对于目标平行移动,a的作用相当于镜头向目标推进或远离.b为尺度因子,b增大时,b(t)在时域上伸展,频域上收缩,中心频率降低,有利于分析信号的概貌;b减小时,b(t)在时域上收缩,频域上伸展,中心频率升高,有利于分析信号的高频细节,可检测信号的瞬变点.小波变换作为一种多尺度时频分析方法,能将含有多种频率成分的被分析信号按一定的时间和频率进行分解并逐步求精,具有几乎完善的双重局部化性质并能有效地刻划信号突变并抑制噪声.一方面,由于噪声属高频信号,其模极大值随着分解尺度的增加而衰减,所以经过适当的尺度分解后,再采取适当的阀值以消除噪声影响[6];另一方面,WTS(a,b)的极值点对应于平滑后的拐点,因此,利用模局部极大值及其跨尺度传递,可准确地分析出信号发生畸变的时刻,从而精确定位.设系统为单输入单输出,压力传感器采集的数据形式可表示为Y(t)=S(t)cos(0+)+M,(2)其中:S(t)为包络信号;0为工作频率;为相位;M为信号的直流分量.将(2)做时频变换,因S(t)为低频信号,调制后Y(t)为高频信
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