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城市输气管道泄漏无线检测技术研究

作　者: 李春来
导　师: 杨理践
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: NIOSⅡ软核无线收发模块可编程片上系统泄漏检测
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

管道运输作为一种节能、环保、高效的运输手段在国民经济中占有重要地位,输气管道与城市千家万户的生活关系密切。随着管线的增多、运行年限的增加,老化腐蚀以及自然或人为损坏等因素,管道泄漏事故时有发生。及时准确的找到泄漏点,判断泄漏速度,尽快采取有效措施进行处理,可以最大限度保护人民生命财产、避免因此造成的环境污染和可能带来的更为严重的人身伤亡事故。因此,迫切需要一种方便高效城市输气管线泄漏检测方法。针对城市输气管线泄漏问题,本文对管线泄漏声信号产生及传播机理进行研究,提出了以NIOSⅡ软核处理器为核心的城市管线泄漏无线检测方法。NIOSⅡ处理器核心控制模块应用了SOPC技术,处理速度快,开发周期短,扩展性强,PCB制板风险低；无线采集模块充分发挥了STC12C5A60S2单片机集成高速A/D、输出PWM时钟等功能特点,实现可变采样率、带通中心频率的声信号无线采集；对声信号传感器进行选取,放大电路设计；泄漏声信号、破坏信号特征频率的确定；基于nRF24L01无线收发模块进行无线数据传输,避免了使用很长数据通讯电缆,使系统使用与安装方便；采用DS12C887高精度时钟芯片授时控制各组采集模块实现同步采集,保证了采集序列数据同步；数据处理与漏点定位在PC机LabVIEW程序中进行,人机界面操作简便；多个无线数据采集模块分时工作,实现多点无线检测。输气管道泄漏实验结果表明,该方法可分辨泄漏信号与人为破坏干扰等不同频率信号,检测定位20m管道压缩空气0.4MPa压强下3mm漏孔。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-18
  1.1 课题研究背景  11
  1.2 课题研究意义  11-12
  1.3 常见管线泄漏检测方法  12-15
    1.3.1 基于残差分析的方法  12-13
    1.3.2 基于信号分析的方法  13-14
    1.3.3 基于人工智能的方法  14-15
  1.4 国内外管线泄漏检测技术现状  15-16
    1.4.1 国内研究现状  15
    1.4.2 国外研究现状  15-16
  1.5 课题主要任务和研究内容  16-18
第二章管线泄漏检测基本原理及定位方法  18-23
  2.1 管线泄漏声波特性  18-19
    2.1.1 管线泄漏声波产生机理  18-19
    2.1.2 管线泄漏声波传播特性  19
  2.2 输气管线泄漏声信号检测与定位原理  19-22
    2.2.1 管线泄漏声波波速确定  19-21
    2.2.2 快速互相关的原理  21
    2.2.3 泄漏点定位公式确定  21-22
  2.3 本章小结  22-23
第三章系统总体设计  23-26
  3.1 总体设计方案  23-24
  3.2 NIOS Ⅱ核心控制模块功能  24
  3.3 无线采集模块功能  24-25
  3.4 PC机LabVIEW程序功能  25
  3.5 本章小结  25-26
第四章系统硬件设计  26-38
  4.1 NIOS Ⅱ核心控制模块  26-30
    4.1.1 NIOS Ⅱ最小系统  26
    4.1.2 高精度时钟电路  26-27
    4.1.3 CH376S电路  27-29
    4.1.4 液晶显示  29-30
  4.2 无线采集模块  30-37
    4.2.1 电源管理模块  30-31
    4.2.2 无线传输模块电路  31-32
    4.2.3 测温电路  32-33
    4.2.4 传感器与前置放大器电路  33-34
    4.2.5 带通滤波与整流电路  34-36
    4.2.6 数码管显示电路  36-37
  4.3 本章小结  37-38
第五章系统软件设计  38-61
  5.1 SOPC设计  38-44
    5.1.1 NIOS Ⅱ软核的设计  39-42
    5.1.2 配置编译片上系统  42-44
  5.2 NIOS Ⅱ系统程序设计  44-48
    5.2.1 多点无线数据传输  44-46
    5.2.2 系统时间  46
    5.2.3 NIOS Ⅱ系统程序  46-48
  5.3 无线采集模块程序  48-54
    5.3.1 程控滤波程序  49-51
    5.3.2 A/D转换程序  51-53
    5.3.3 无线采集模块程序  53-54
  5.4 PC机程序开发  54-57
    5.4.1 人机交互界面  55
    5.4.2 PC机LabVIEW程序的设计  55-57
  5.5 系统调试  57-60
    5.5.1 Signaltap Ⅱ逻辑分析仪  57-59
    5.5.2 程序调试  59-60
  5.6 本章小结  60-61
第六章实验与结果分析  61-65
  6.1 实验装置  61-62
  6.2 带通滤波器中心频率确定  62
  6.3 管线泄漏声信号实验数据分析  62-64
  6.4 实验结果  64-65
第七章结论  65-66
参考文献  66-68
附录A 主程序  68-73
在学研究成果  73-74
致谢  74

城市输气管道泄漏无线检测技术研究

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