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基于多路声检测的地面标记器研究

作　者: 张鹏
导　师: 李一博
学　校: 天津大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 地面标记器管道内检测器声检测多路采集系统
分类号: TE973.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 27次
引　用: 2次
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内容摘要

石油和天然气是国家重要战略能源,主要采用管道运输方式。随着管道使用年限的增长,管道会因内部油气腐蚀、外部土壤腐蚀、人为破坏和施工缺陷等原因发生管道泄漏事故。为了预防管道泄漏事故,需要定期对管道进行缺陷检测。常用检测方法就是在油气管道中运行内检测器。地面标记器是管道内检测器的辅助设备,用来记录管道内检测器通过标记点的时刻,进而修正管道内检测器的里程轮误差。地面标记器大多基于磁检测或电磁检测原理,随着管道掩埋深度和管道壁厚度的增加,信号衰减严重,逐渐不能满足检测要求。现有基于声检测原理的地面标记器采用单路声信号检测方法,在噪声信号和有用信号频带重合较大的情况下,通过滤波无法很好的降低噪声信号。针对现有地面标记器存在的问题,本文设计了一种基于多路声信号检测的地面标记器。本文首先介绍了地面标记系统的作用和工作原理,分析了国内外已有地面标记器的优缺点,开发完成了基于多路声检测的地面标记器的设计工作,包括信号采集、数据存储、时间同步及电源管理等的硬件和软件设计。研究中,模拟滤波的非线性相位延迟使信号失真,应用了FIR滤波器的线性相位特性,设计了满足系统要求的FIR数字滤波器。分析了多路声信号叠加降低噪声的原理,并设计了实验予以验证。最后通过设计现场模拟实验,测试了地面标记器的软硬件系统,验证了地面标记器的标记作用。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-14
  1.1 管道运输及其安全问题  7
  1.2 管道内检测器及其地面标记技术  7-9
    1.2.1 管道内检测器  7-8
    1.2.2 地面标记技术重要性  8
    1.2.3 地面标记技术原理  8-9
  1.3 地面标记器的国内外研究现状  9-13
    1.3.1 国外研究现状  9-11
    1.3.2 国内研究现状  11-12
    1.3.3 现有地面标记器存在的问题  12-13
  1.4 本课题的主要研究内容  13-14
第二章地面标记器的声检测机理及系统结构  14-18
  2.1 声检测机理  14-16
    2.1.1 声波产生机理  14
    2.1.2 声波传播理论  14-15
    2.1.3 声波在土层中传播特点  15-16
    2.1.4 声信号检测原理  16
  2.2 地面标记器总体设计  16-17
  2.3 本章小结  17-18
第三章地面标记器硬件设计  18-35
  3.1 声学传感器  18-20
    3.1.1 压电式传感器原理  18
    3.1.2 压电陶瓷传感器特点  18-20
  3.2 信号放大模块  20-25
    3.2.3 电荷放大电路  20-21
    3.2.4 射极偏置放大电路  21-24
    3.2.5 电压跟随电路  24-25
  3.3 控制器（内置A/D）模块  25-26
  3.4 数据存储模块  26-31
  3.5 时钟电路  31-32
    3.5.6 稳补晶振的选择  31-32
    3.5.7 计时方法  32
  3.6 电源管理模块  32-34
    3.6.1 VCC/2 电源产生电路  33
    3.6.2 5V 电源产生电路  33-34
    3.6.3 3.3V 电源产生电路  34
  3.7 本章小结  34-35
第四章地面标记器软件设计  35-48
  4.1 地面标记器控制器的软件流程  35-39
    4.1.1 采集子程  36-37
    4.1.2 存储子程  37-38
    4.1.3 同步子程  38-39
  4.2 数字滤波降噪方法  39-44
    4.2.1 模拟滤波的非线性相位时延  39-41
    4.2.2 FIR 数字滤波器设计  41-44
  4.3 多路信号叠加降噪方法  44-47
    4.3.1 叠加降噪原理  45-46
    4.3.2 时延计算方法  46-47
  4.4 本章小结  47-48
第五章地面标记器实验  48-53
  5.1 多路声信号叠加降噪实验  48-51
    5.1.1 多路声信号叠加降噪实验设置  48
    5.1.2 叠加效果的衡量方法  48-49
    5.1.3 叠加降噪实验结果及分析  49-51
  5.2 地面标记器模拟实验  51-52
    5.2.1 地面标记器模拟实验设置  51-52
    5.2.2 地面标记器的实验结果及分析  52
  5.3 本章小结  52-53
第六章总结与展望  53-54
  6.1 工作总结  53
  6.2 工作展望  53-54
参考文献  54-57
发表论文和参加科研情况说明  57-58
致谢  58

基于多路声检测的地面标记器研究

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