負(fù)壓波法管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)介紹:

以負(fù)壓波為原理，以LabVIEW與MATLAB為系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，結(jié)合傳感器技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和通信技術(shù)，設(shè)計(jì)開放的輸油管道泄漏實(shí)時(shí)檢測及定位系統(tǒng)。負(fù)壓波法，主要依靠管線泄漏引起物質(zhì)損失，兩端流體不斷向泄漏點(diǎn)處補(bǔ)充，形成了由泄漏點(diǎn)向兩端發(fā)送的負(fù)壓波，采用小波變換法濾波，然后進(jìn)行奇異性分析，發(fā)現(xiàn)管道泄漏時(shí)，確實(shí)有負(fù)壓波傳輸至上、下游壓力變送器。

一、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

以數(shù)據(jù)采集卡為處理核心，研制小型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用來實(shí)時(shí)采集被監(jiān)測輸油管線兩端壓力傳感器壓力值。

①電源濾波器：考慮到站點(diǎn)電網(wǎng)不穩(wěn)定，安裝有多臺(tái)大功率變頻器等設(shè)備，電源濾波器用來濾除電網(wǎng)50Hz干擾。②24V穩(wěn)壓電源：將220V交流電壓轉(zhuǎn)換為24V直流電壓，用來給數(shù)據(jù)采集卡、IV隔離器、光纖收發(fā)器供電。③數(shù)據(jù)采集卡：用來實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場壓力變送器壓力值，并將數(shù)據(jù)傳回至管道泄漏檢測平臺(tái)。④隔離配電器：考慮到部分站點(diǎn)地網(wǎng)鋪設(shè)不完善，無法將設(shè)備共地連接，隔離配電器主要用來消除共地環(huán)流，保障采樣精度。⑤納米晶磁環(huán)濾波器：主要用來消除50-100MHz高頻干擾，保障采樣精度。⑥光纖收發(fā)器：因“源場作用"，為了更準(zhǔn)確的檢測負(fù)壓波信號(hào)，需將壓力變送器安裝至距離站點(diǎn)100-200m管線上，需通過光纜傳輸信號(hào)，故加裝光纖收發(fā)器設(shè)備。

二、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過LABVIEW平臺(tái)，G語言開發(fā)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)上、下游壓力信號(hào)同步采集；利用MATLAB平臺(tái)，自主M語言編程，實(shí)現(xiàn)基于圖像處理的算法，精確判斷壓力變化拐點(diǎn)，測定泄漏位置。

①數(shù)據(jù)采集卡初始化子程序：上位機(jī)監(jiān)控平臺(tái)向數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送采集命令時(shí)，首先需要對數(shù)據(jù)采集卡采樣頻率、通道、量程變換等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

②數(shù)據(jù)采集卡采集子程序：上位機(jī)觸發(fā)數(shù)據(jù)采集卡采樣后，數(shù)據(jù)采集卡依據(jù)內(nèi)部硬件時(shí)鐘進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，利用LABVIEW并行處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)上下游數(shù)據(jù)采集卡同步采集。

③壓力數(shù)據(jù)濾波子程序：采用MATLAB自帶的DB6小波，實(shí)現(xiàn)小波變換濾波，濾除噪聲信號(hào)，保障壓力數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，為后期泄漏監(jiān)測算法提供可用數(shù)據(jù)。

④泄漏監(jiān)測定位算法子程序：為快速檢測和準(zhǔn)確定位壓力曲線上的負(fù)壓波，提出一種基于圖像處理的算法。該方法將壓力數(shù)值轉(zhuǎn)化為圖像灰度值，將壓力曲線上的負(fù)壓波起始點(diǎn)定位等價(jià)為圖像的邊緣檢測。

⑤報(bào)警子程序：當(dāng)發(fā)生泄漏事故時(shí)，LABVIEW通過驅(qū)動(dòng)電腦聲卡，發(fā)出報(bào)警聲音，提醒值班員工，以便在第一時(shí)間將問題解決。

⑥截屏子程序：當(dāng)壓力曲線出現(xiàn)抖動(dòng)時(shí)，LABVIEW觸發(fā)截屏子程序，截屏保存，方便員工查看歷史曲線。

優(yōu)點(diǎn)：成本較低

缺點(diǎn)：傳感器安裝于管道內(nèi)部，安全性差；需鉆孔安裝，施工難度大；系統(tǒng)要求苛刻，管道首末端壓力一般要大于0.5MPa；可以實(shí)時(shí)報(bào)警，定位精度差；導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要原因，就是管線末端，存在較大的高程差，流體重力效應(yīng)，導(dǎo)致管線未充滿管道。

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