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带压气体管道泄漏超声波检测方法研究
| 论文题名： | 带压气体管道泄漏超声波检测方法研究 |
| 关键词： | 带压气体管道;泄漏检测;超声波;深度残差收缩网络 |
| 摘要： | 本文在国家重点研发计划（No.2018YFF01012800）和国家自然科学基金（No.52075236）的资助下，对带压输气管道在服役过程中由于环境影响易出现穿孔泄漏的问题进行分析。微小穿孔缺陷作为管道泄漏的早期问题，由于贯穿孔洞尺寸尚小导致泄漏信号微弱，加以管道环境恶劣、管网纵横交错，在人工巡查检漏时，会因为感知灵敏度低、可操作空间狭窄，造成对初期泄漏缺陷的忽略，出现漏检问题。因此，本文旨在通过分析影响带压气体管道泄漏检测的相关因素，以设计辅助检测装置提高带压气体管道泄漏的检出准确率，为保障工业生产安全提供一种手段。本文的设计与研究内容如下： 1.在喷注噪声总声功率经验公式的基础上，通过分析检测过程中影响泄漏声波信号采集的不同因素，结合公式推导与试验修正建立有效平均功率和压力、孔径、检测距离参数的关系模型，即所提有效平均功率同泄漏孔上游压力（表压）的三次方呈正比例关系、与贯穿圆孔孔径的四次方呈正比例关系、与检测距离的二次方呈反比例关系。在试验中结合最小二乘评估方法验证所提模型的稳定性，为超声波在气体泄漏识别量化研究方面提供了思路。 2.基于声波反射原理设计了反射型聚音装置，并利用COMSOL软件对所设计的反射型聚音装置进行声线和强度的有限元模拟，发现非平行入射声源对聚焦位置的影响较小，且光敏树脂材料与不锈钢材料的反射障板具有相同的聚焦效果，这为反射装置制作提供了指导。利用三维打印技术制作反射型聚音装置模型，通过反射聚焦试验发现反射型聚音装置具有较好的声聚焦效果，提高了传声器对泄漏声波的捕捉能力，所采集声波信号的声压级具有明显区分边界。 3.为提高检测距离，设计了高增益滤波电路对微小泄漏信号进行放大，通过Multisim仿真验证了系统对微弱泄漏信号的放大和滤波功能，并以此输出信号作为数据样本对所提模型进行训练与测试。同时为提高对微小泄漏的识别准确率，在卷积神经网络的基础上加入残差收缩层以降低模型噪声灵敏度，构建基于深度残差收缩网络的含噪微泄漏识别模型。试验结果表明所设计放大滤波电路可有效放大微小声波信号，且构建的含噪微泄漏识别模型可对含噪环境下的带压气体管道微泄漏现象进行有效识别，对于距离检测装置400cm处的微泄漏源可达到83%的识别准确率。 |
| 作者： | 孟庆旭 |
| 专业： | 仪器仪表工程 |
| 导师： | 胡斌;李志农 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南昌航空大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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