供水管道泄漏声信号数据采集装置设计控制理论与控制工程专业论文.docxVIP

I I 摘 要 管道运输是一种新兴、经济的运输方式，尤其在输送气体、液体和浆体等散装 物品方面具有天然优势。随着经济的快速发展，我国必将成为一个管道大国，这样 一来，如何尽可能减少因管道泄漏而造成的经济损失和环境污染，就成为摆在我们 面前的重要课题。因此，研制开发一种可靠有效的、适合我国管道状况的在线管道 泄漏检测与定位系统，具有重要的理论和现实意义。 本文以供水管道为实验对象，分析了供水管道泄漏声信号的产生机理、频率特 性、传播特性以及噪声特性，在此基础上，针对野外工作的实际需要，本着低噪 声、低成本和低功耗的设计思想，在平衡成本与功能的前提下，设计了一套管道泄 漏声信号数据采集装置。该装置主要包括加速度传感器、信号调理模块、滤波器、 放大器、数据采集模块、主控单元、存储器、人机接口及通信模块等。加速度传感 器选用朗斯公司的 LC0151T 型内装 IC 压电加速度传感器，将自来管道的泄漏微弱 振动信号转换为电信号；信号调理模块一方面为加速度传感器提供恒流源供电，另 一方面将传感器的输出信号通过隔直电路隔掉偏置电压后输出交流加速度信号；滤 波器用于抑制传感器采集到的有用信号中所包含的外界突发干扰和白噪声，以提高 信噪比；放大器用于把传感器获得的微弱信号进行放大，以满足后续信号采集的需 要；数据采集模块实现信号采样和 A/D 转换功能；主控单元起到全局控制作用，并 实现数据处理等功能；通信模块用来完成该系统与上位机间的数据和命令传输工 作。设计了软硬件系统，并对数据采集装置进行了性能测试和功能实验，相关指标 能满足设计要求。 采用两套声信号数据采集装置分别采集管道首、末端的泄漏声信号并进行处 理，然后将处理结果送往上位机。上位机监控系统采用 LabVIEW 软件开发，可对管 道首、末端的两路泄漏信号进行综合分析处理，最后给出管道泄漏状况和漏点位 置，本文进行了相关的实验研究。 关键词：加速度传感器；泄漏检测；泄漏声信号；数据采集；信号调理 II II Abstract Pipeline transport is an emerging and economic mode of transportation, especially in transporting gas, liquid, slurry and other bulk product it has natural advantage. With the rapid development of economy, our country will become a big pipeline powers, this way, it is an important subject ahead of us that how to reduce the economic loss and environmental pollution caused by the pipeline leakage. Therefore, it has important theoretical and practical significance to develop a online pipe leakage detection and localization system which is reliable and effective and suitable for the status of Chinese pipeline. This paper takes the water supply as experiment object, analyses the production mechanism, frequency characteristics, propagation characteristics and noise characteristics of the water supply pipeline leakage acoustic signal, and on this basis, considering the actual needs of the field work, according to the design thought of low noise, low cost and low power consumption, and balance the cost and function, this paper designs a set of pipeline leakage acoustic signal data acquisition device. The device mainly includes acceleration s