非介入式管道超声测压技术研究
液压系统、气体或液体输送管道内部的压力检测是监测管道系统运行状态和进行管道故障诊断的主要方法和手段。目前液压测量主要采用介入式测量，常用的有机械压力表，或应变式、压阻式、振弦式等压力测量方法。这些方法的最大缺点是它们都属于介入式测量，需要预留压力测量接口、可靠性差、故障定位困难，且破坏管路结构的整体性，特别在高压条件下，容易留下安全隐患。因此，研究非介入式管道测压理论和方法，并研制一种非介入式压力测量装置具有重要的现实意义和广阔应用前景。论文探讨和研究了非介入式管道测压技术和方法，采用超声波作为管道压力测试手段。这是基于流体中的超声波传播特性参数(如衰减系数、声速等)对压力变化敏感的性质。由于声衰减系数在检测过程中存在诸多不确定性，易受外界条件干扰，所以本文选择声速作为测量对象：在固定的声程情况下，将声速的测量转化为超声波传播时延的测量。此外，由于温度对超声波声速影响很大，需测量准确的温度值。目前，超声管道测压技术尚处于研究初期阶段，国内尚无一种成熟、方便使用的非介入式压力测量技术或装置。本文首先研究和介绍了相关超声波测压原理，建立了超声波声速与液体压力关系模型。在此基础上，论文接着进行了硬件电路的设计与调试，主要包括超声波脉冲发射电路、信号调理电路、A/D转换电路、CPLD控制电路等。然后，由于实测信号存在噪声，为了有效提取时延参量，需要对超声信号进行处理。于是本文提出和分析了一种以稀疏分量分解技术精确求解超声回波时延的方法。该方法根据信号自身的特点从冗余的函数集选择基函数，去表示待分析的观测信号，从而获得最有效的信号分解。实验研究表明，与传统硬件电路计数法和峰-峰值的方法相比，稀疏分量分解能够精确地计算出超声回波时延，提高了压力测量的精度。通过稀疏分量分析技术能够精确地计算出超声回波时延，最后利用神经网络训练得到压力与超声波时延特征关系模型。通过研究表明，这种超声测压的方法是可行的，压力与声速存在关联性，可为该技术的进一步研究提供借鉴和参考。
超声技术;压力测量;稀疏分解;时延;精度
上海交通大学
硕士
测试计量技术及仪器
阙沛文
2010
中文
TB551;TB935
2014-05-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）