基于泄漏声波信号的时域特征参数研究.pdf

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1、第34卷第1期东北电力大学学报Vo1．34．NO．12014年2月JournalOfNortheastDianliUniversityFeb．，2014文章编号：1005—2992(2014)O1—0087一O3基于泄漏声波信号的时域特征参数研究陈国君，陈鹏(东北电力大学机械工程学院，吉林吉林132012)摘要：以特征参数的选取和识别率的提高为目的，对液体管道泄漏信号进行多种方法的时域分析，找出泄漏信号在时域的特征参数，并分析其产生的原因。结果表明：泄漏声波信号的均方根值随管内压力的增大而增大；裕度参数对孔径的变化较为敏感，均可以

2、作为研究泄漏孔径与管内压力变化的特征参数。关键词：泄漏；声波；时域；特征参数中图分类号：TK730文献标识码：A工业生产中往往大量使用管道进行输运，很多时候管内气液体又具有高温、高压的特点，所以管道泄漏情况一直是影响工业生产中安全性和经济性的重要因素。在众多检测方法中，声波检测在保证精度的情况下具有布置简单、使用方便的特点，应用声波检测理论进一步研究液体管道泄漏的发生和发展情况具有重要意义，然而由于实际现场中存在的各种干扰噪声使得识别率下降，所以如何选取有效的特征参数率成为声波检测的重要研究课题¨1J。在选取特征参数的过程中，对于

3、信号的时间历程进行分析，是设备状态监测和诊断的最直接也是最简单的方法。本文主要采用均方根值、无量纲动态参数等方法对泄漏声波信号进行时域分析。＼1时域理论信号时域分析即采用统计学理论对信号的时间历程进行分析，找出对泄漏特征有效的敏感量，常用的有信号的均方根值、无量纲动态参数和峰一峰值等。1．1信号的均方根值信号的均方根值的量纲为幅值，工程上又称之为有效值，它与信号的均方值一起是用来描述采样信号强度的重要指标；它在声学理论中也被称为平均声压，有如下公式J：[窆y㈩i=11．2无量纲动态参数当泄漏声波信号的信号源有多个的时候，应用上述方

4、法判断信号特征的时候，会造成不明确的现象，如本节中对于均方根值的分析中，就出现了各信号源在总信号特征中的影响所占比重不断变化，从而出现对总的信号特征把握不清的情况。而这时就有必要使用无量纲动态参数指标来对信号进行分析。由于预处理中常对泄漏信号进行了零均值化处理，所以很多无量纲参数失效，这里选用裕度参数作为时域分析的无量纲动态参数：裕度参数：收稿日期：2013—10—10作者简介：陈国君(1958一)，男，黑龙江省大庆市人，东北电力大学机械工程学院副教授，主要研究方向：机械制造及自动化88东北电力大学学报第34卷(2)2实验与取样根

5、据泄漏情况，设计实验示意图如下：泄漏信号通过传感器、放到电路，最终由数据采集卡离散化，分别采集在1．1mm、1．8mm孔径下不声器同压力情况的泄漏声波信号。水管、喷射孔3时域分析图1实验示意图针对实验数据，通过各种统计量的分析，找出泄漏信号的敏感量。3．1均方根值根据式1，求取各种条件下泄漏声波信号的均方根值，并做在一张图上。如下图所示：对图2的曲线特征进行分析可以得到以下结论：(1)液体管道泄漏在两种孔径下的泄漏声波信号的均方根值随管内压力的增大而增大，可见第二章对于泄漏声波强度与管内压力变化成正比的判断是正确的，且由图2中两条

6、均方根值线可以判断声波强度与管内压力变化基本呈线性关系，故均方根值可以作为管内压力变化的特征参数。图2两种孔径在不同压力下的均方根值图(2)在孔径增大的情况下，均方根值随压力变化的斜率减小。这是因为泄漏~L；fL径增大的时，喷射出的液柱直径增加，于是同等条件下喷柱所卷吸进去的空气相对量减小，进而造成在近泄漏孔处液体射流发声减小，而本次实验为近场测量，最终形成泄漏声波的均方根值随孔径增大而斜率减小的现象。(3)在1．6MPa左右两条线相交，在相交点以下的压力范围里，孔径的增大与泄漏声波信号强度仍成正比关系，这是由于在管内压力较低时，

7、液体管道泄漏声源中液体射流与空气作用发声部分所占比重较小，而孔径增大而造成的射流发声强度的减小对总体泄漏声波强度影响也较小，这时其他泄漏声源对近场的泄漏声波总强度起主要作用；(4)在相交点以上的压力范围里，液体管道泄漏声波信号强度随孔径的增大而减小，其成反比关系。可以判断在较高压力情况下，在所有液体管道泄漏声源中液体射流与空气作用发声占主体部分。3．2无量纲动态参数根据式2，求取裕度参数，并做图如下：对比图3中孔一和：fL~-的裕度参数随管内压力变化曲线，可见孔一和孔二的裕度参数曲线波动较大，无一般规律可循，可以判断用裕度参数来辨

8、识管道压力变化时泄漏情况是不可取的；但是孔一和孔二的裕度参数曲线之间的差值较大，即两条曲线可以清楚的分离开来，这也代表着液体管道泄漏时，其声波的裕度参数对孔径的变化较为敏感，可以作为研究孔径扩大化的特征参数。图3两种孔径在不同压力下的裕度参数图第1