基于聲波傳感器的閥門內(nèi)漏檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于聲波傳感器的閥門內(nèi)漏檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 閥門作為一種通用的機(jī)械產(chǎn)品，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門中有著廣泛的應(yīng)用。作為流 體管路的控制裝置，閥門的基本功能是接通或切斷管路介質(zhì)的流通，改變介質(zhì)的流動(dòng)方向， 調(diào)節(jié)介質(zhì)的壓力和流量，保護(hù)管路和設(shè)備的正常運(yùn)行。對(duì)絕大多數(shù)閥門來(lái)說(shuō)，內(nèi)漏是其最主 要的破壞形式，也是影響閥門安全運(yùn)行的首要問(wèn)題。由于閥門密封性能差或密封壽命短而 產(chǎn)生流體的外漏或內(nèi)漏，不僅造成系統(tǒng)的壓力損失，流體的浪費(fèi)，對(duì)于腐蝕性、易燃易爆性 和有毒性流體的泄漏還會(huì)帶來(lái)災(zāi)難性后果。在現(xiàn)有的閥門內(nèi)漏檢測(cè)方法中，常用的主要方 法為聲發(fā)射法。聲發(fā)射法使用專門的聲發(fā)射傳感器，其感測(cè)的聲發(fā)射信號(hào)頻率在10KHZ以 上，這不僅要求信號(hào)采集及處理設(shè)備具有很高的處理速度，造成閥門泄漏檢測(cè)設(shè)備成本高 昂；而且信號(hào)處理、特征提取和閥門內(nèi)漏診斷算法的復(fù)雜性高，閥門內(nèi)漏診斷的準(zhǔn)確性差。
[0003] 因此，探索一種成本低廉、處理簡(jiǎn)單、診斷可靠的閥門泄漏診斷方法具有較高的實(shí) 用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 基于此，有必要針對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)中，閥門泄漏檢測(cè)設(shè)備成本高，處理復(fù)雜的問(wèn)題，提 供一種閥門泄漏檢測(cè)成本低，且檢測(cè)準(zhǔn)確率高的基于聲波傳感器的閥門內(nèi)漏檢測(cè)方法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的提供的一種基于聲波傳感器的閥門內(nèi)漏檢測(cè)方法，包括以下步 驟：
[0006] 獲取閥門上游聲波傳感器檢測(cè)的管道內(nèi)部的第一聲波信號(hào)的W點(diǎn)第一采樣信號(hào) 和閥門下游聲波傳感器檢測(cè)的第二聲波信號(hào)的W點(diǎn)第二采樣信號(hào)；
[0007] 使用第一預(yù)設(shè)尺度和第二預(yù)設(shè)尺度分別對(duì)所述第一采樣信號(hào)和所述第二采樣信 號(hào)進(jìn)行小波包分解，并計(jì)算所述第一采樣信號(hào)的第一小波包熵和所述第二采樣信號(hào)的第二 小波包熵；
[0008] 通過(guò)分別比較所述第一小波包熵與第一預(yù)設(shè)小波包熵閾值、所述第二小波包熵與 第二預(yù)設(shè)小波包熵閾值之間的大小，確定所述閥門是否發(fā)生內(nèi)漏；
[0009] 所述閥門上游聲波傳感器安裝在所述閥門一側(cè)管道的外壁上，且與所述閥門之間 具有第一預(yù)設(shè)距離；所述閥門下游聲波傳感器安裝在所述閥門另一側(cè)管道的外壁上，且與 所述閥門之間具有第二預(yù)設(shè)距離；管道內(nèi)部介質(zhì)由上游向下游輸送。
[0010] 作為一種基于聲波傳感器的閥門內(nèi)漏檢測(cè)方法的可實(shí)施方式，所述通過(guò)分別比較 所述第一小波包熵與第一預(yù)設(shè)小波包熵閾值、所述第二小波包熵與第二預(yù)設(shè)小波包熵閾值 之間的大小，確定所述測(cè)試閥門是否發(fā)生內(nèi)漏，包括以下判斷：
[0011] 當(dāng)所述第一小波包熵大于等于所述第一預(yù)設(shè)小波包熵閾值，且所述第二小波包熵 大于等于所述第二預(yù)設(shè)小波包熵閾值時(shí)，判定所述閥門沒(méi)有發(fā)生內(nèi)漏；
[0012] 當(dāng)所述第一小波包熵小于所述第一預(yù)設(shè)小波包熵閾值，且所述第二小波包熵小于 所述第二預(yù)設(shè)小波包熵閾值時(shí)，判定所述閥門發(fā)生內(nèi)漏；
[0013] 當(dāng)所述第一小波包熵大于等于所述第一預(yù)設(shè)小波包熵閾值，而所述第二小波包熵 小于所述第二預(yù)設(shè)小波包熵閾值時(shí)，判定閥門下游產(chǎn)生了干擾；
[0014] 當(dāng)所述第一小波包熵小于所述第一預(yù)設(shè)小波包熵閾值，且所述第二小波包熵大于 等于所述第二預(yù)設(shè)小波包熵閾值時(shí)，判定所述閥門上游產(chǎn)生了干擾。
[0015] 作為一種基于聲波傳感器的閥門內(nèi)漏檢測(cè)方法的可實(shí)施方式，所述W = 2N，N為正 整數(shù)；
[0016] 所述W點(diǎn)的第一米樣信號(hào)包括N點(diǎn)歷史第一米樣信號(hào)和N點(diǎn)實(shí)時(shí)第一米樣信號(hào)， 所述實(shí)時(shí)第一采樣信號(hào)的第一點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)間上落后于所述歷史第一采樣信號(hào)的第N點(diǎn)數(shù)據(jù) 一個(gè)米樣周期；
[0017] 所述W點(diǎn)的第二采樣信號(hào)包括N點(diǎn)歷史第二采樣信號(hào)和N點(diǎn)實(shí)時(shí)第二采樣信號(hào)， 所述實(shí)時(shí)第二采樣信號(hào)的第一點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)間上落后于所述歷史第二采樣信號(hào)的第N點(diǎn)數(shù)據(jù) 一個(gè)米樣周期。
[0018] 作為一種基于聲波傳感器的閥門內(nèi)漏檢測(cè)方法的可實(shí)施方式，所述W點(diǎn)第一采樣 信號(hào)和所述W點(diǎn)第二采樣信號(hào)分別構(gòu)成一幀待處理數(shù)據(jù)，且所述W點(diǎn)第一采樣信號(hào)標(biāo)記為 x(k)，所述W點(diǎn)第二采樣信號(hào)標(biāo)記為y(k)，k = 1，2，......，2N ;
[0019] 所述使用第一預(yù)設(shè)尺度和第二預(yù)設(shè)尺度分別對(duì)所述第一采樣信號(hào)和所述第二采 樣信號(hào)進(jìn)行小波包分解，并計(jì)算所述第一采樣信號(hào)的第一小波包熵和所述第二采樣信號(hào)的 第二小波包熵，包括以下步驟：
[0020] 對(duì)所述第一采樣信號(hào)和所述第二采樣信號(hào)分別采用第一預(yù)設(shè)尺度和所述第二預(yù) 設(shè)尺度進(jìn)行小波包分解；其中所述第一預(yù)設(shè)尺度和所述第二預(yù)設(shè)尺度分別為cdP C 2;
[0021] 對(duì)所述第一采樣信號(hào)和所述第二采樣信號(hào)的小波包分解結(jié)果中的各個(gè)頻段的重 構(gòu)信號(hào)作功率譜分析，并使用下面的公式計(jì)算各個(gè)頻段重構(gòu)信號(hào)的信號(hào)能量：
[0022]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于聲波傳感器的閥門內(nèi)漏檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟： 獲取閥門上游聲波傳感器檢測(cè)的管道內(nèi)部的第一聲波信號(hào)的W點(diǎn)第一采樣信號(hào)和閥 門下游聲波傳感器檢測(cè)的第二聲波信號(hào)的W點(diǎn)第二采樣信號(hào)； 使用第一預(yù)設(shè)尺度和第二預(yù)設(shè)尺度分別對(duì)所述第一采樣信號(hào)和所述第二采樣信號(hào)進(jìn) 行小波包分解，并計(jì)算所述第一采樣信號(hào)的第一小波包熵和所述第二采樣信號(hào)的第二小波 包熵； 通過(guò)分別比較所述第一小波包熵與第一預(yù)設(shè)小波包熵閾值、所述第二小波包熵與第二 預(yù)設(shè)小波包熵閾值之間的大小，確定所測(cè)試的閥門是否發(fā)生內(nèi)漏； 所述閥門上游聲波傳感器安裝在所述閥門一側(cè)的管道的外壁上，且與所述閥門之間具 有第一預(yù)設(shè)距離；所述閥門下游聲波傳感器安裝在所述閥門另一側(cè)的管道的外壁上，且與 所述閥門之間具有第二預(yù)設(shè)距離；管道內(nèi)部介質(zhì)由上游向下游輸送。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲波傳感器的閥門內(nèi)漏檢測(cè)方法，其特征在于，所述通 過(guò)分別比較所述第一小波包熵與第一預(yù)設(shè)小波包熵閾值、所述第二小波包熵與第二預(yù)設(shè)小 波包熵閾值之間的大小，確定所述測(cè)試閥門是否發(fā)生內(nèi)漏，包括以下判斷： 當(dāng)所述第一小波包熵大于等于所述第一預(yù)設(shè)小波包熵閾值，且所述第二小波包熵大于 等于所述第二預(yù)設(shè)小波包熵閾值時(shí)，判定所述閥門沒(méi)有發(fā)生內(nèi)漏； 當(dāng)所述第一小波包熵小于所述第一預(yù)設(shè)小波包熵閾值，且所述第二小波包熵小于所述 第二預(yù)設(shè)小波包熵閾值時(shí)，判定所述閥門發(fā)生內(nèi)漏； 當(dāng)所述第一小波包熵大于等于所述第一預(yù)設(shè)小波包熵閾值，而所述第二小波包熵小于 所述第二預(yù)設(shè)小波包熵閾值時(shí)，判定閥門下游產(chǎn)生了干擾； 當(dāng)所述第一小波包熵小于所述第一預(yù)設(shè)小波包熵閾值，且所述第二小波包熵大于等于 所述第二預(yù)設(shè)小波包熵閾值時(shí)，判定所述閥門上游產(chǎn)生了干擾。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲波傳感器的閥門內(nèi)漏檢測(cè)方法，其特征在于，所述W = 2N，N為正整數(shù)； 所述W點(diǎn)的第一采樣信號(hào)包括N點(diǎn)歷史第一采樣信號(hào)和N點(diǎn)實(shí)時(shí)第一采樣信號(hào)，所述 實(shí)時(shí)第一采樣信號(hào)的第一點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)間上落后于所述歷史第一采樣信號(hào)的第N點(diǎn)數(shù)據(jù)一個(gè) 采樣周期； 所述W點(diǎn)的第二采樣信號(hào)包括N點(diǎn)歷史第二采樣信號(hào)和N點(diǎn)實(shí)時(shí)第二采樣信號(hào)，所述 實(shí)時(shí)第二采樣信號(hào)的第一點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)間上落后于所述歷史第二采樣信號(hào)的第N點(diǎn)數(shù)據(jù)一個(gè) 采樣周期。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于聲波傳感器的閥門內(nèi)漏檢測(cè)方法，其特征在于，所述W點(diǎn) 第一采樣信號(hào)和所述W點(diǎn)第二采樣信號(hào)分別構(gòu)成一幀待處理數(shù)據(jù)，且所述W點(diǎn)第一采樣信 號(hào)標(biāo)記為x(k)，所述W點(diǎn)第二采樣信號(hào)標(biāo)記為y (k)，k = 1，2，......，2N ; 所述使用第一預(yù)設(shè)尺度和第二預(yù)設(shè)尺度分別對(duì)所述第一采樣信號(hào)和所述第二采樣信 號(hào)進(jìn)行小波包分解，并計(jì)算所述第一采樣信號(hào)的第一小波包熵和所述第二采樣信號(hào)的第二 小波包熵，包括以下步驟： 對(duì)所述第一采樣信號(hào)和所述第二采樣信號(hào)分別采用第一預(yù)設(shè)尺度和所述第二預(yù)設(shè)尺 度進(jìn)行小波包分解；其中所述第一預(yù)設(shè)尺度和所述第二預(yù)設(shè)尺度分別為cdP c 2; 對(duì)所述第一采樣信號(hào)和所述第二采樣信號(hào)的小波包分解結(jié)果中的各個(gè)頻段的重構(gòu)信 號(hào)作功率譜分析，并使用下面的公式計(jì)算各個(gè)頻段重構(gòu)信號(hào)的信號(hào)能量：
其中，j為小波包分解的頻段序號(hào)，，j = 1，2,…L，L = 2%對(duì)應(yīng)所述第一采樣信號(hào)和所 述第二采樣信號(hào)c分別為(^和c 2, Pow (i)為每個(gè)頻段重構(gòu)信號(hào)的功率譜，M彡2N，且M = 2η，η為正整數(shù)； 根據(jù)下面的公式計(jì)算各個(gè)頻段的信號(hào)能量在當(dāng)前幀被處理數(shù)據(jù)中的信號(hào)能量分率：
根據(jù)下面的公式計(jì)算每幀所述被處理數(shù)據(jù)的小波包熵：
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于聲波傳感器的閥門內(nèi)漏檢測(cè)方法。該方法包括如下步驟：獲取閥門上游聲波傳感器檢測(cè)的管道內(nèi)部的第一聲波信號(hào)的W點(diǎn)第一采樣信號(hào)和閥門下游聲波傳感器檢測(cè)的第二聲波信號(hào)的W點(diǎn)第二采樣信號(hào)；使用第一預(yù)設(shè)尺度和第二預(yù)設(shè)尺度分別對(duì)第一采樣信號(hào)和第二采樣信號(hào)進(jìn)行小波包分解，并計(jì)算第一采樣信號(hào)的第一小波包熵和第二采樣信號(hào)的第二小波包熵；通過(guò)分別比較第一小波包熵與第一預(yù)設(shè)小波包熵閾值、第二小波包熵與第二預(yù)設(shè)小波包熵閾值之間的大小，確定被測(cè)試閥門是否發(fā)生內(nèi)漏。該方法無(wú)需使用傳統(tǒng)的高頻聲發(fā)射傳感器，大大降低閥門內(nèi)漏判斷中信號(hào)處理的高實(shí)時(shí)性要求和復(fù)雜程度，計(jì)算工作量和內(nèi)存需求量大大減小，有利于工程實(shí)現(xiàn)。
【IPC分類】G01M3-00
【公開號(hào)】CN104764564
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510190805
【發(fā)明人】林偉國(guó), 張藝瀚, 吳海燕
【申請(qǐng)人】北京化工大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年4月21日