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基于DSP的管道典型异常事件检测识别系统研究

作　者: 赖平
导　师: 李健
学　校: 天津大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 管道典型异常事件 识别系统 熵 特征提取 DSP系统 信号调理
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


油气管道运输是当前我国能源输送的一种重要手段,但由于人为挖掘、钻孔盗油、自然灾害等异常事件,管道泄漏事故时有发生,有时会伴随巨大的生命财产损失和环境污染。本文结合DSP强大的运算能力,研究设计了基于DSP的管道典型异常事件检测识别系统。其原理基于振动信号检测,通过对管道振动信号进行现场采集和在线处理,并将处理识别结果以无线传输方式发送至管道控制中心,实现对管道典型异常事件的检测识别,以及管道的远程监测。本文主要做了以下方面的工作:1、分析了管道发生异常事件时产生的典型振动信号的特征,如:人工挖掘信号、钻管道信号、锯管道信号、管道敲击信号。2、选择了一款ICP振动加速度传感器,并设计了相应的信号调理电路。3、设计了基于TMS320F2812的DSP硬件最小采集处理通信系统。4、采用基于小波分解及小波包分解的“能量—模式”检测信号特征提取方法,对采集的管道异常事件振动信号进行特征提取。5、提出了基于小波熵的管道异常事件振动信号特征提取方法。并对四种典型异常事件振动信号进行特征提取,结果表明,该方法具有较好的效果。6、提出了易于DSP实现的计算信号能量熵的管道异常事件振动信号特征提取方法。并对信号进行特征提取,结果表明,其算法简单,易于实现,效果明显。7、对设计的硬件系统与软件系统进行了集成与调试,结果表明,系统的基本功能均可实现。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-14
  1.1 管道安全检测技术概述  8-10
  1.2 课题的研究背景及意义  10-13
  1.3 本文的主要工作及创新点  13-14
第二章 管道振动信号分析与识别方法研究  14-36
  2.1 管道振动信号产生机理及传播特性  14-17
    2.1.1 管道自振信号产生机理  15-16
    2.1.2 管道异常振动信号产生机理及传播特性  16-17
  2.2 典型异常事件振动信号分析  17-20
    2.2.1 背景噪声分析  18
    2.2.2 人工挖掘信号分析  18-19
    2.2.3 钻管道信号分析  19
    2.2.4 锯管道信号分析  19-20
    2.2.5 管道敲击信号分析  20
  2.3 典型异常事件特征提取方法  20-35
    2.3.1 基于小波分解的―能量—模式‖信号特征提取方法  21-23
    2.3.2 基于小波包分解的―能量—模式‖信号特征提取方法  23-26
    2.3.3 基于小波熵的信号特征提取方法  26-33
    2.3.4 基于能量熵的信号特征提取方法  33-35
  2.4 小结  35-36
第三章 系统结构及硬件设计  36-52
  3.1 系统总体结构  36-37
  3.2 振动传感器的选型  37-39
    3.2.1 振动传感器的种类及特点  37-38
    3.2.2 本系统振动传感器的选型  38-39
  3.3 信号调理器的设计  39-43
    3.3.1 信号调理器的主要工作及组成  39-40
    3.3.2 恒流源模块设计  40
    3.3.3 信号滤波模块设计  40-41
    3.3.4 信号放大模块设计  41-42
    3.3.5 极性转换电路与限幅电路设计  42-43
  3.4 DSP 最小系统的硬件设计  43-49
    3.4.1 DSP 系统总体设计  43-45
    3.4.2 TM5320F2812 最小系统硬件电路设计  45-49
  3.5 GPRS 模块的选型  49-50
  3.6 电源管理  50
  3.7 印刷电路板的制作  50-51
  3.8 小结  51-52
第四章 软件系统设计  52-68
  4.1 下位机程序设计  52-61
    4.1.1 开发环境CCS 的介绍  52-53
    4.1.2 程序的设计与编写  53-61
  4.2 上位机程序设计  61-67
    4.2.1 mServer 介绍  62-63
    4.2.2 LABVIEW 上位机程序编写  63-67
  4.3 小结  67-68
第五章 系统集成调试与实验结果分析  68-77
  5.1 信号调理器的调试  69
  5.2 DSP 系统信号采集与通信功能调试  69-71
  5.3 DSP 系统信号滤波与能量熵求取功能调试  71-74
    5.3.1 信号滤波功能的调试  71-73
    5.3.2 信号能量熵的求取  73-74
  5.4 整体系统上电自举引导实现  74-75
  5.5 实验结果分析  75-76
  5.6 本章 小结  76-77
第六章 总结与展望  77-79
  6.1 总结  77-78
  6.2 展望  78-79
参考文献  79-82
发表论文和科研情况说明  82-83
致谢  83

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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