基于pccp管道聲信號的現(xiàn)場試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于PCCP管道聲信號的現(xiàn)場試驗(yàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管即PCCP管道的生產(chǎn)和使用有很長的歷史。最早設(shè)計(jì)并制造預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的是法國邦納管道公司。到了 20世紀(jì)40年代，歐美國家也開始紛紛開發(fā)和制造預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管。美國作為世界上最大的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管生產(chǎn)和使用國家，到今已經(jīng)使用的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管管道的長度長達(dá)28000KM，其中最大的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道直徑達(dá)7.6米。
[0003]傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管防護(hù)的主要方法是人工檢查，如聽聲法和人眼觀察法。預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管故障檢測的還有遠(yuǎn)場渦流/變壓器耦合(RFEC/TC)，基于水聽器的聲學(xué)檢測和聲光纖檢測(AFO)等方法。RFEC/TC法需要在檢測前排空管道內(nèi)的水，因此會消耗大量的人力和物力。此外，RFEC/TC法是一種離線檢驗(yàn)方法，效率較低。聲光纖檢測法是一種高準(zhǔn)確度的實(shí)時檢測方法，但是該方法成本高，且于在役的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道很難再安裝聲光纖，只能應(yīng)用于新建的管道。由于水聽器對檢測聲信號靈敏度高，而且只需要在管道內(nèi)每隔一定距離布設(shè)一個水聽器即可，所以基于水聽器的檢測方法不僅檢測精度高而且安裝方便。該方法相對其他幾種檢測方法有明顯的優(yōu)勢，在預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道破損檢測方面有很廣泛的應(yīng)用前景。
[0004]針對已有技術(shù)的情況，本實(shí)用新型人在對PCCP作了大量的前期研宄后，提出了基于水聽器的PCCP斷絲檢測系統(tǒng)，其原理是對PCCP管道的聲信號實(shí)時在線檢測，識別其中的斷絲信號，利用斷絲信號實(shí)現(xiàn)PCCP管道爆管的預(yù)警；要監(jiān)視和識別斷絲信號，僅靠在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的模擬試驗(yàn)時不夠的，必須在PCCP管道的現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地的現(xiàn)場試驗(yàn)，但是目前還沒有較為成熟的基于PCCP管道聲信號的現(xiàn)場試驗(yàn)系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于PCCP管道聲信號的現(xiàn)場試驗(yàn)系統(tǒng)。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供的基于PCCP管道聲信號的現(xiàn)場試驗(yàn)系統(tǒng)包括:水聽器、預(yù)處理器、數(shù)據(jù)采集器和主處理器；其中:水聽器依次通過預(yù)處理器和數(shù)據(jù)采集器與主處理器相連接；水聽器為通過PCCP管道接口處的法蘭固定安裝在PCCP管道中，用于采集管道中聲信號的裝置；預(yù)處理器為模擬信號調(diào)理電路，用于實(shí)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)電壓、信號放大和濾波功能；其主要由電荷放大器、信號放大電路和帶通濾波器三個功能模塊組成；數(shù)據(jù)采集器為模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用于采集模擬信號并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；主處理器為具有存儲器的運(yùn)算裝置，用于實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的存儲及后續(xù)數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算。
[0007]所述的水聽器選用杭州聲學(xué)所生產(chǎn)的RHS系列球形標(biāo)準(zhǔn)水聽器，型號為RHS20A ;所述的數(shù)據(jù)采集器采用NI公司生產(chǎn)的USB4432數(shù)據(jù)采集卡；所述的主處理器采用一臺便攜式電腦。
[0008]所述的主處理器通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與外部處理器或外部系統(tǒng)相連接。
[0009]所述的數(shù)據(jù)采集器為多通道數(shù)據(jù)采集裝置，其通過多通道預(yù)處理器連接多個水聽器，多個水聽器在PCCP管道內(nèi)部以一定間距布放，構(gòu)成水聽器組。
[0010]本實(shí)用新型提供的基于PCCP管道聲信號的現(xiàn)場試驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對PCCP管道內(nèi)聲信號的采集、處理和特征識別，在對現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的過程中，主要采用了小波變換進(jìn)行聲信號特征提取，并且用支持向量機(jī)進(jìn)行聲信號的特征識別，通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，該系統(tǒng)對斷絲信號的識別度準(zhǔn)確度可達(dá)98.33%。
【附圖說明】
[0011]圖1為本實(shí)用新型提供的基于PCCP管道聲信號的現(xiàn)場試驗(yàn)系統(tǒng)的組成示意圖。
[0012]圖2為本實(shí)用新型提供的基于PCCP管道聲信號的現(xiàn)場試驗(yàn)系統(tǒng)所采用的數(shù)據(jù)分析方法的流程圖。
[0013]圖3為充水管道中主要的四種聲信號的時域波形圖。
[0014]圖4為120個樣本特征散點(diǎn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型提供的基于PCCP管道聲信號的現(xiàn)場試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0016]如圖1所示，本實(shí)用新型提供的基于PCCP管道聲信號的現(xiàn)場試驗(yàn)系統(tǒng)包括:
[0017]水聽器1、預(yù)處理器2、數(shù)據(jù)采集器3和主處理器4 ;其中:水聽器I依次通過預(yù)處理器2和數(shù)據(jù)采集器3與主處理器4相連接；水聽器I為通過PCCP管道5的接口處的法蘭固定安裝在PCCP管道5中，用于采集管道中的聲信號；預(yù)處理器2為模擬信號調(diào)理電路，用于實(shí)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)電壓、信號放大和濾波功能；其主要由電荷放大器、信號放大電路和帶通濾波器三個功能模塊組成；數(shù)據(jù)采集器3為模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用于采集模擬信號并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；主處理器4為具有存儲器的運(yùn)算裝置，用于實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的存儲及后續(xù)數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算。
[0018]本系統(tǒng)主要通過水聽器I來對聲信號進(jìn)行檢測，一般聲信號的頻率范圍為0-20KHZ，因此在選用水聽器I時需要考慮到聲信號的頻率范圍，本系統(tǒng)中，所述的水聽器I選用杭州聲學(xué)所生產(chǎn)的RHS系列球形標(biāo)準(zhǔn)水聽器，型號為RHS20A ;
[0019]所述的數(shù)據(jù)采集器3采用NI公司生產(chǎn)的USB4432數(shù)據(jù)采集卡，其最大采樣速率為102.4kS/s，在實(shí)際測量過程中，聲信號的頻率范圍為0-20KHZ，因?yàn)樽畹筒蓸勇蕬?yīng)為40K，USB4431數(shù)據(jù)采集卡能夠滿足此采樣率的要求，在實(shí)際采樣過程中，使用的采樣率為44K。
[0020]所述的主處理器4采用一臺便攜式電腦。
[0021]所述的主處理器4通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與外部處理器或外部系統(tǒng)相連接。
[0022]所述的數(shù)據(jù)采集器3為多通道數(shù)據(jù)采集裝置，其通過多通道預(yù)處理器2連接多個水聽器1，多個水聽器I在PCCP管道5內(nèi)部以一定間距布放，構(gòu)成水聽器組，其可以更好地實(shí)現(xiàn)對PCCP管斷絲聲信號的接收和預(yù)警。
[0023]如圖2所示，本實(shí)用新型提供的基于PCCP管道聲信號的現(xiàn)場試驗(yàn)系統(tǒng)所采用的數(shù)據(jù)分析方法包括按順序執(zhí)行的下列步驟:
[0024]步驟I)接收突發(fā)型聲信號的SOl階段:主處理器4通過數(shù)據(jù)采集器3采集水聽器I所接收的聲信號，并從中提取突發(fā)型聲信號作為輸入數(shù)據(jù)；
[0025]步驟2)數(shù)據(jù)預(yù)處理的S02階段:對上述輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和降噪處理；
[0026]步驟3)小波特征提取的S03階段:通過小波分解，提取信號在不同頻率段的能量作為其特征向量，形成樣本；
[0027]步驟4)支持向量機(jī)(SVM)最優(yōu)參數(shù)選擇的S04階段:選擇最優(yōu)的支持向量機(jī)模型參數(shù)；
[0028]步驟5) SVM分類的S05階段:利用支持向量機(jī)模型對上述輸入數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行分類；
[0029]步驟6)判斷是否為斷絲信號的S06階段:根據(jù)分類的結(jié)果判斷輸入數(shù)據(jù)樣本是否屬于斷絲信號的類型，如果判斷結(jié)果為“是”，則下一步進(jìn)入S07階段，否則進(jìn)入