储罐罐底蚀内检测信号识别方法研究

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1、储罐罐底蚀内检测信号识别方法研究StudyonSignalIdentificationofStorageTankBottomCorrosionInternalDetection学科专业：仪器科学与技术研究生：祝慧宇指导教师：李一博副教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一四年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示

2、了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要随着石油储备基地的不断建设，储油罐数目会大幅度增长，对其安全管理提出了更高的要求。研究发现，大型储罐罐底板腐蚀是引发储罐安全事故的主要原因之一。本文主要研究一种新颖的罐底检测方法

3、：储罐罐底腐蚀内检测方法，该方法是对传统声发射罐底检测方法的改进和优化。内检测系统采用的是抵近测量的思想，即进入储罐内部，抵近腐蚀源，采集未发生模态变化的腐蚀信号，从而解决了传统声发射检测信号衰减大、“重定位”、“虚定位”等问题，实现了定量测量。本文研究内容主要包括内检测系统的基本原理和系统组成，现场实验设置及遇到的问题，并采用识别的方法解决了该问题。根据内检测方法的基本原理，搭建了声发射内检测数据采集系统。硬件方面包括声发射传感器、信号调理电路、采集卡以及PC104控制单元等。软件方面编写了VC++数据采集控制软件和MATLAB数据处理软件。利用该数据采集系统，在实验室和现场

4、完成了多次模拟罐底腐蚀检测实验。实验室环境下，可以采集到腐蚀信号。现场环境下，采集到的腐蚀信号中混有大量的回滴干扰。为区分腐蚀信号和回滴干扰，提出了两种新颖的声发射罐底腐蚀信号识别方法：极限学习机（ELM）和条件随机场（CRF）。首先采用三种特征提取方法：散布矩阵、最大相关最小冗余和主成分分析分别对初始的声发射特征进行优化。然后，建立ELM、CRF分类模型，并从分类正确率、训练时间、ROC曲线三个方面与反向传播神经网络、支持向量机、隐马尔可夫模型的分类效果作比较，最后采用b值法评估ELM、CRF的识别效果。结果表明，ELM和CRF算法都可以区分腐蚀信号和回滴干扰。与BP、SVM

5、、HMM相比，CRF的分类正确率要优于其余4种算法，ELM的运算时间要短于其余4种算法。腐蚀信号b值变化能够反映磷酸腐蚀碳钢板的过程，ELM、CRF算法识别出的腐蚀信号的b值变化规律与实验室条件下得到的腐蚀信号的b值变化规律基本一致。关键词：声发射储罐罐底检测极限学习机条件随机场特征选取b值ABSTRACTThenumberofoilstoragetankshasgreatlyincreasedwiththecontinuousconstructionofoilreservebases,whichmeanshigherrequirementofsafetymanagement.

6、Researchhasshownthatthebottomplatecorrosionoflargestoragetanksisoneofthemaincausesformajoraccidents.Anovelinternalmethodforthetankbottomcorrosiondetectionhasbeendevelopedinthispaper.Superiortothetraditionalacousticemissionmethods,thisnovelmethodhasmadelotsofimprovementandoptimization.Anappro

7、ximatingconceptionwasusedinthewholedetectionsystem.Thatisthedetectorgoingintothestoragetank,gettingclosetothetargetlocationandcollectingthecorrosionsignalswithoutmodechange.Thismethodcanperfectlysolveproblemssuchassignalattenuation,relocationandvir