一种基于声学脉冲压缩的天然气管道安全监测关键技术
专利汇可以提供一种基于声学脉冲压缩的天然气管道安全监测关键技术专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种基于声学 脉 冲压 缩 的 天然气 管道安全监测关键技术，属于管道安全监测领域。该过程包括：向管道内发射线性调频脉冲 声波 信号 ， 传感器 接收反射信号，由 数据采集 卡传输至上位机进行相关 数据处理 。数据处理包括以下步骤：首先将采集信号进行匹配滤波、包络提取以及差值运算，然后计算差值曲线中发射与反射信号之间的时间差，即可实现 水 合物堵塞或管道 泄漏 的 定位 。本发明的主要优点在于定位 精度 高、实时性好、系统监测范围广、空间 分辨率 高，脉冲压缩技术可实现信号的有效压缩，解决了系统空间分辨率与监测距离之间的矛盾，差值 算法 可以实现水合物生成过程的实时动态监测，匹配滤波技术可以有效抑制严重的噪声污染。，下面是一种基于声学脉冲压缩的天然气管道安全监测关键技术专利的具体信息内容。
1.一种基于声学脉冲压缩的天然气管道安全监测关键技术，其特征在于包括以下过程：
1)上位机软件程序产生的线性调频激励信号经多功能数据采集卡数模转换后由声源驱动模块输出，驱动放置于天然气管道首端入口处的声源发射线性调频声波信号，当在管道轴向传播的声波遇到水合物堵塞或管道泄漏时会发生反射；
2)在靠近管道首端入口声源处放置声波检测传感器来接收发射信号与反射信号；
3)将声波检测传感器接收的声波信号输出至多功能数据采集卡模数转换部分进行采集，最后由上位机进行相关的数据处理；
4)持续向天然气管道内发射线性调频脉冲声波信号，上位机对反射波进行相关的数据处理，即可实现天然气管道安全在线实时监测；
5)计算发射信号与反射信号之间的时间差，具体过程包括如下步骤：
(1)设声源与水合物堵塞或管道泄漏间相对距离为R，发射信号s(t)以速度c在管道内传播；经过时间R/c后发射信号到达水合物堵塞或管道泄漏后有部分被反射，被反射的信号为 其中σ为水合物堵塞或管道泄漏对发射信号的反射能力；再经过时间R/c，被声波检测传感器接收到的反射信号为
(2)如果将天然气管道和水合物堵塞或管道泄漏等价于一个线性时不变(LTI)系统，则等效LTI系统的冲激响应为：
其中，M为水合物堵塞或管道泄漏的个数，σi为水合物堵塞或管道泄漏的反射特性，为时延，Ri为第i个水合物堵塞或管道泄漏与声源间的相对距离；
发射信号经过LTI系统，得输出信号(即反射信号)为：
通过从反射信号sr(t)中提取σi和τi，相对距离和水合物堵塞或管道泄漏反射特性即可被获取；
6)通过脉冲压缩算法，将采集信号进行匹配滤波、包络提取以及包络相减处理即可实现水合物堵塞或管道泄漏的定位、水合物生成过程的实时动态监测以及严重噪声污染下的水合物堵塞或管道泄漏的定位，具体过程包括如下步骤：
(1)脉冲压缩技术常用的调制信号是线性调频信号，其数学表达式为：
其中，fc为中心频率，T为脉冲宽度， 为调频斜率，B为带宽， 为瞬
时频率， 为矩形信号：
反射信号sr(t)经过发射信号s(t)的匹配滤波器的脉冲响应为：
匹配滤波后的输出信号为：
当t-τi＜T时，so(t)的包络可近似认为几个不同时延的sinc函数的叠加：
经过匹配滤波后，反射信号的脉冲宽度与发射信号的带宽成反比；若选择一个合适的调频斜率，则反射信号的脉冲宽度较窄，通过对So(t)进行峰值检测，水合物堵塞或管道泄漏的数量M与时延τi以及声源与水合物堵塞或管道泄漏间的相对距离 可被获取；
(2)利用Hilbert变换对匹配滤波后的输出信号so(t)进行包络提取，则：
sh(t)＝so(t)*x(t) (8)
其中， 对x(t)进行傅里叶变换得：
则sh(t)的傅里叶变换为：
Sh(ω)＝So(ω)X(ω) (10)
构造一个二维解析信号z(t)＝so(t)+jsh(t)，那么so(t)的包络即z(t)的模(3)将水合物堵塞或管道泄漏时采集的检测信号包络与正常管道的基准信号包络进行相减，即可实现水合物堵塞或管道泄漏的定位。
2.如权利要求1所述的一种基于声学脉冲压缩的天然气管道安全监测关键技术，其特征在于：所述脉冲压缩技术采用的激励信号为线性调频脉冲信号，且声波信号能量可调，通过计算声波检测传感器所采集的线性调频反射信号与发射信号之间的时间差来实现天然气水合物堵塞或管道泄漏的准确定位。
3.如权利要求1所述的一种基于声学脉冲压缩的天然气管道安全监测关键技术，其特征在于：所述声源线性调频信号由上位机软件程序生成，并由多功能数据采集卡进行模数转换后输出至声源驱动模块，从而驱动声源以发出所需声波信号。
4.如权利要求1所述的一种基于声学脉冲压缩的天然气管道安全监测关键技术，其特征在于：所述声源线性调频信号的频带宽度、频带范围、时域脉冲宽度均可调。
5.如权利要求1所述的一种基于声学脉冲压缩的天然气管道安全监测关键技术，其特征在于：所述多功能数据采集卡的采样方式可设定为触发模式或连续采样模式，触发模式其采样触发信号为脉冲激励信号，连续采样模式的采样频率通过上位机进行控制。
6.如权利要求1所述的一种基于声学脉冲压缩的天然气管道安全监测关键技术，其特征在于：所述脉冲压缩技术，即通过上位机程序对反射波信号进行匹配滤波处理。
7.如权利要求1所述的一种基于声学脉冲压缩的天然气管道安全监测关键技术，其特征在于：所述天然气管道安全监测技术，需要对匹配滤波后信号进行包络提取和包络相减处理。
一种基于声学脉冲压缩的天然气管道安全监测关键技术
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具体实施方式
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