基于最短路径规划的供热管网泄漏定位方法

针对供热管网泄漏检测、定位困难的问题,本文充分考虑了管网负压波传播的多径效应,提出了一种基于负压波传播最短路径规划的供热管网泄漏定位方法。本方法首先搜索出各潜在漏点到各压力变送器的最短路径,计算负压波在管网中传播的最短时延,构成时延标准库;然后将现场测得的负压波的实际到达时延与时延标准库进行比对,确定漏点位置。在区域面积为13 km×5 km的现场供热管网对本方法开展了泄漏定位实验验证;当有效压力监测点数为5时,本方法可实现对1000 m半径比对范围内泄漏的零偏差定位。本方法采用了精确的非模糊型的原理,且避免了在现场大型管网所有支管上安装压力变送器,具有重要的应用价值。

基于地电流的重力流排水管道泄漏检测

重力流排水管道的泄漏会带来诸多不良后果,但由于重力流排水管道的特殊性,导致许多现有的管道泄漏检测方法难以适用。针对这一问题,提出了一种基于地电流的检测方法,该方法利用泄漏孔联通管道内外,通过测量在管道内移动的电极和固定在地面电极之间电流来确定泄漏,阐述了该方法的基本工作原理,基于该方法设计了检测系统,搭建了实验平台测试了检测效果。检测10 m长的埋地管道时,最大定位误差约0.4 m,表明该检测系统能较准确地定位泄漏位置,若配合更好的探头定位方法,误差将进一步减小。根据测得的尖峰电流值,能明显分辨9个直径梯度为0.5 mm的圆形泄漏孔,使用测得的9组数据训练神经网络模型,大致得到了尖峰电流值与泄漏孔大小的映射关系,表明根据检测结果能大致估计泄漏孔的大小。

基于三阶累积量及自适应滤波时延估计的管道定位方法

针对直接互相关被动时延估计法定位管道异常振动事件存在噪声干扰影响定位精度的问题,提出了基于三阶累积量及自适应滤波时延估计的管道异常事件定位方法。该方法对顺、反两路异常振动信号进行三阶自累积量和互累积量估计,抑制高斯相关噪声和对称分布噪声。然后利用自适应滤波时延估计算法对三阶自累积量和互累积量信号的时延进行迭代计算,在不依赖先验知识的情况下抑制非高斯相关噪声。经现场实验证明,该方法可以准确地对管道异常事件进行定位,对噪声具有很好的抑制作用,改善了直接互相关时延估计的性能。相对于直接互相关时延估计方法,相对定位误差由2.7%降低到0.6%,定位一致性提高了三倍,平均定位精度可达14 m。

基于小波能谱和小波信息熵的管道异常振动事件识别方法

提出了基于小波能谱和小波信息熵的油气管道异常振动事件识别方法。基于Mach-Zehnder光纤干涉仪原理的分布式光纤油气管道安全监测系统实时检测管道沿途振动信号,对测量的时间序列进行小波变换,根据小波系数计算小波能谱与小波信息熵,通过小波能谱和小波信息熵值两种测度识别不同的管道安全异常事件。港枣线成品油管道的现场实验结果表明,该方法可以快速有效地识别管道周围发生的泄漏及其他异常情况,其总体识别准确率达到98.5%,有效降低了误报警率,具有较强的在线工况识别能力。

基于支持向量机的油气管道安全监测信号识别方法

针对基于经验风险最小化原则的传统学习方法的不足,提出了一种基于支持向量机的油气管道安全识别方法.通过基于Mach-Zehnder光纤干涉仪原理的分布式光纤振动信号传感器获取管道沿线振动信号,利用基于小波包分解的"能量-模式"方法提取振动信号的特征向量,并利用支持向量机根据振动信号的特征对其进行识别,判断管道沿线是否有异常事件发生.利用现场实验数据对该方法进行验证分析.结果表明,该方法识别正确率较高,实时性好.

分布式光纤管道泄漏检测及预警技术研究

介绍了一种基于Mach-Zehnder光纤干涉仪原理的分布式光纤管道泄漏检预警技术,利用与管道同沟敷设的光缆中的3条单模光纤构成分布式光纤微振动传感器检测管道沿线的振动信号,可以有效地检测管道沿线所发生的泄漏和异常事件。阐述了检测系统的组成和工作原理,分析了检测系统定位结构和方法。采用小波软阈值消噪对现场检测信号进行处理,可以有效地消除噪声和提高检测灵敏度。理论分析和测试结果表明,该测试技术具有较高的测试灵敏度和定位精度。

基于相干瑞利散射的管道安全光纤预警系统

将相位敏感光时域反射计应用于油气管道安全监测领域.首先通过理论分析其探测原理,推导出干涉光强与光纤折射率的对应关系,从而论证了该方法的可行性;然后提出了一套新的信号处理方案,从空域及时域两方面对信号进行了处理.空域上,在传统移动平均算法的基础上引入间隔参数并提出一种新的差值算法,提高了信号的信噪比并降低了系统运算量;时域上,提取了入侵位置对应的时域信号并通过采用时频分析以及小波滤波的方法直观表现了外界入侵事件的时域特征.现场实验结果表明,该系统能有效探测到外界入侵事件并进行精确定位,差值信号信噪比达到7.8,d B,定位结果标准差在10,m以内.

基于经验模态分解的管道预警系统信号多尺度混沌特性分析方法

提出了一种用于油气管道安全预警系统的检测信号多尺度混沌特性分析的新方法。该预警系统基于Mach-Zehnder光纤干涉仪原理,沿管道同沟敷设一条光缆,利用其中的三条单膜光纤构成分布式微振动测试传感器,实时检测管道沿途发生的泄漏及其他异常事件。多尺度混沌特性分析方法是利用经验模态分解(EMD)方法对典型的异常事件振动信号进行分解,再分别对分解得到的固有模态(IMF)分量进行混沌特性分析,计算出不同尺度下的关联维数。该方法可更清晰地描述检测信号在不同尺度下的混沌特性。利用现场试验得到的信号对该方法进行验证的结果表明,利用多尺度混沌特性分析方法更容易有效地区分几种典型异常事件。

双Mach-Zehnder光纤干涉传感系统中的偏振衰落控制

针对偏振衰落现象导致信号关联的二义性使分布式双Mach-Zehnder光纤干涉传感系统难以实现高精度定位的问题,提出了一种控制偏振衰落的方法来保持系统检测信号的稳定性。利用系统的偏振模型分析了偏振衰落的来源,指出传感光纤偏振特性的不一致使系统检测信号对输入偏振态敏感是造成信号相关性恶化的根本原因,据此提出控制输入偏振态、搜索偏振态工作点的抗偏振衰落思想。在此基础上通过分析输入偏振态的两个参量对信号相关系数的作用进一步明确了偏振控制对算法的要求,并利用模拟退火算法进行了验证。现场实验表明,该算法可快速搜索偏振态工作点,持续稳定系统检测信号的相关性;结果证实了提出的偏振衰落控制方法可行且有效。

基于3×3耦合器的双马赫-曾德尔干涉仪数字化相位解调

由于马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)光纤干涉传感系统的定位精度在实际应用中受到初始相位偏移的影响,本文针对系统的光路结构,提出了一种基于3×3耦合器的被动数字化解调方法。利用3×3耦合器的2路输出信号构成椭圆曲线,在约束条件下对信号系数进行最小二乘拟合,然后采用微分交叉相乘法解调出相位信号。与传统的解调方法相比,提出的方法降低了对耦合器高对称性的要求,不需限制其它参数;约束条件下椭圆拟合的鲁棒性好,尤其是对于椭圆度较差的数据点具有很强的适应能力,适用于微弱振动信号的解调。仿真结果和现场实验数据证明该方法切实有效,运算量小,利用现场数据解调出的相位信号相关性达到0.992 0;互相关计算显示其在总长43km的管道上的定位误差为81.2m,有效提高了系统性能。

基于Ф-OTDR光纤传感技术的供水管道泄漏辨识方法

由于城市供水管道周边工况复杂,如何实现对不同工况的泄漏及其他干扰振动的模式识别成为系统的关键技术。提出了采用分形盒维数和改进近似熵作为特征量的基于相位敏感的时域反射计(Ф-OTDR)分布式光纤传感进行供水管道振动检测的方法。根据泄漏孔附近空泡噪声的信号空间填充度特征,引入分形盒维数对时域信号进行度量,采用了一种新的寻找无标度区的办法,使得出的盒维数参数值能够把握过电平率很高信号的特定特征根据湍流噪声信号混沌性特征;根据湍流噪声的混沌特性,引入近似熵复杂度对时域信号进行度量,采用了一种新的相似容限选取方法,使得更能体现信号随机性的大小。将去噪处理后检测信号的分形盒维数和改进近似熵同时作为二维参数平面的两个输入,通过在该平面设置阈值范围辨识管道泄漏信号,用以区分泄漏信号和干扰信号。对实验信号进行处理,使用该方法对泄漏辨识的准确率能达到96.7%,结果表明,采用该方法能够准确、高效地区分将供水管道泄漏信号及其他信号。

基于图像处理的光纤预警系统模式识别

针对相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)光纤预警系统对一维信号进行模式识别产生的误报和较低的识别效率,提出基于形态学方法提取时空二维信号特征,并利用相关向量机(RVM)分类器对事件进行分类识别的方法。首先,将Φ-OTDR采集到的时空二维信号当作图像,根据信号在图像上的特征采用图像处理的方法对不同入侵事件信号进行阈值分割。然后,基于本文提出的特征提取方法,利用不同事件区域在幅值、面积、形状以及区域间隔上的差别提取不同信号特征。最后,利用相关向量机分类器对不同事件信号进行识别并采用"一对一"的多分类策略。对3种管道安全事件进行了实验。实验结果表明,本文提出方法的识别精度能够达到97.8%,而算法时间不到1s。与传统模式识别方法相比,提出的算法大幅度地改善了系统性能,且简便易行,能够满足Φ-OTDR光纤预警系统在线实时监测的要求。

基于改进型马赫-曾德干涉仪原理的管道安全预警系统研究

提出了一种采用5根光纤纤芯构成的改进型双Mach-Zehnder干涉仪原理的的分布式光纤管道安全预警系统,系统利用管道同沟铺设的通讯光缆,采集管道沿线的微震动信号,系统使用3×3耦合器得到两路相位差信号,解调外界扰动造成的相位变化,得到两个强相关的信号,使用顺反两个方向光信号经过扰动点的时间差定位扰动点的位置,提高了系统的保护距离和定位精度。

汞离子天然吸附剂

汞离子是现代工业中剧毒的污染物之一,研究者致力于汞离子高效吸附剂的研制已有多年。本文基于国内外最新研究文献,系统论述了汞离子天然吸附剂如壳聚糖、矿物、微生物及其改性材料等的吸附性能,并详细比较了各种吸附剂的优缺点,指出天然吸附剂来源广泛、价格便宜,尤其是修饰后的壳聚糖吸附性能甚至可以和一些合成吸附剂相媲美。在所报道的天然吸附剂中,引入巯基后的戊二醛交联壳聚糖,对初始浓度为500 mg/L的汞离子的吸附容量可达1 604.7mg/g,属已知的汞离子天然吸附剂中之最。天然汞离子吸附剂在工业废水处理中显示出了广阔的应用前景。

基于提升小波的管道安全系统信号特征提取方法

研究了一种基于提升小波并用于管道泄漏检测和预警系统的信号特征快速提取方法。该预警系统基于Mach-Zehnder光纤干涉仪原理,沿管道同沟敷设一条光缆,实时监测管道沿途发生的泄漏及其他异常事件。通过基于提升小波的信号特征提取方法对管道沿线异常事件引起的振动信号进行特征提取和辨别。利用现场实验得到的信号对该方法进行验证,结果表明:该方法不仅可有效提取检测信号特征,还相对于基于传统小波的类似方法节省了计算时间。

分布式光纤管道泄漏检测及预警技术灵敏度分析

针对管道安全存在的问题,提出了一种基于Mach-Zehnder光纤干涉仪原理的分布式光纤管道泄漏检测及预警技术,利用与管道同沟敷设的光缆中的3条单模光纤构成分布式光纤微振动传感器检测管道沿线的振动信号,可以有效地检测管道沿线所发生泄漏和异常事件.分析和研究了检测系统的测试灵敏度影响因素,并采用不同光缆结构和埋设方式对检测系统的检测灵敏度进行测试.实验结果表明,该检测技术可以检测到1m范围内的人工挖掘信号,在气体管道压力不小于0.2MPa的条件下,可以检测到0.4m3/min的气体管道泄漏.

双Mach-Zehnder光纤干涉仪中的模拟退火偏振控制算法

基于双Mach-Zehnder光纤干涉仪的分布式光纤油气管道安全检测及预警系统运行时,由于光纤等效双折射和输入偏振态扰动的影响,常出现相位偏移而导致用于报警定位的两路检测信号相关性下降而产生定位误差。本文提出基于双臂检测信号相关系数的模拟退火算法对输入偏振态进行实时控制,在系统信号相关性恶化时,通过反馈控制改变输入偏振态以恢复信号的良好相关性。现场实验表明,基于双臂检测信号相关系数的模拟退火偏振控制算法,可快速寻找到偏振态最优点,使检测信号维持良好的相关性;相较采用偏振控制之前,系统的工作稳定性得到了明显提高。

利用三元线性回归模型实现液体输水管道泄漏孔径大小的测量

为了快速估算出流体管道泄露量的大小,提出一种估算流体管道的泄漏孔径大小的方法,可以预测泄漏事故的损失;利用新型压力传感器开展流体管道泄漏监测,发现泄漏信号的近似熵平均值、标准差平均值、管道内流体压力等参量与泄漏孔径之间存在相关性,提出通过三元线性回归的方法获得泄漏孔径大小的有效方法,实验结果显示,表征线性拟合可信度的回归决定系数超过0.8,回归模型成立。利用该模型进行孔径大小的估算时,统计量F对应的概率p=0.033 6,小于显著性水平0.05。

后酯化法制备聚羧酸盐系高效减水剂的研究

通过丙烯酸与烯丙基磺酸钠的自由基共聚制备了含有羧基和磺酸基团的共聚物,然后将其与聚乙二醇单烷基醚进行酯化反应,合成了可用作高效减水剂的聚羧酸盐接枝共聚物。通过CPC、红外光谱和化学滴定等方法对接枝共聚物的结构进行了表征。在此基础上讨论了接枝共聚物主链分子量、支链长度以及羧基、磺酸基和聚氧乙烯支链三者的摩尔比等因素对减水剂性能的影响。并研究了减水剂掺量对水泥净浆和砂浆性能的影响。

声波激励下管路轴向分布双气泡动力学特性分析

针对基于声学理论的管道气泡检测技术面临的声波作用下的气泡相互作用机理问题,本文基于自由气泡Rayleigh-Plesset模型,通过引入次Bjerknes辐射力,构建能够考虑管道轴向气泡分布的可压缩性双气泡动力学模型.利用四阶龙格库塔方法开展数值计算,对比分析了不同激励声波频率与幅度作用下自由气泡与双气泡模型引起的气泡动力学特征的区别.同时对比了液体可压缩与不可压缩假设引起的气泡动力幅频响应的区别,表明可压缩假设下的次Bjerknes辐射力引起气泡发生受迫振动,不改变气泡的线性共振特征;而不可压缩假设引起气泡间发生强耦合,从而改变气泡系统的线性共振特征.气泡距离直接影响次Bjerknes辐射力大小,导致气泡动力学趋向于非线性振动,与线性振动的频谱特征差别明显.气泡轴向位置的变化引起外界激励声波的变化,从而改变气泡的初始振动特征.初始特征的差异与次Bjerknes辐射力发生耦合作用,影响气泡动力学特征,甚至发生非线性振动.研究表明,小气泡在共振的情况下,与次Bjerknes辐射力发生耦合作用,使得双气泡系统更容易趋向于非线性特征;而大气泡则能够较好地保持线性共振状态.