【CN109681789A】基于变分模态分解的流体管道泄漏声振动相干检测定位方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910157690.4

(22)申请日 2019.03.01

(71)申请人 重庆邮电大学

地址 400065 重庆市南岸区黄桷垭崇文路2

号

(72)发明人 李帅永　夏传强　程振华　毛维培　

(74)专利代理机构 北京同恒源知识产权代理有

限公司 11275

代理人 赵荣之

(51)Int.Cl.

F17D 5/06(2006.01)

(54)发明名称

基于变分模态分解的流体管道泄漏声振动

相干检测定位方法

(57)摘要

本发明涉及一种基于变分模态分解的流体

管道泄漏声振动相干检测定位方法，属于检测技

术领域。该方法为：对两路管道信号进行相干分

析提取管道信号的相干频带；流体管道看作由管

内流体、管壁及管道外部介质三层不同属性的介

质构成的圆柱形壳体复合结构，低频泄漏声振动

信号在这种圆柱形壳体复合结构中传输时只激

励两种基本的模态类型：利用两端的加速度传感

器采集沿着管道传输的流体管道声振动信号X 1

(t)和X 2(t)，并分别对两路管道信号进行处理来

确定是否存在泄漏且针对泄漏信号进行漏点定

位。本发明可以在线实时监测是否发生泄漏，一

旦检测到泄漏，则利用选取的本征模态重构泄漏

信号进行泄漏定位，同时可提高泄漏信号的相关

性和信噪比，

从而减少泄漏定位误差。权利要求书5页 说明书12页 附图1页CN 109681789 A 2019.04.26

C N 109681789

A

1.基于变分模态分解的流体管道泄漏声振动相干检测定位方法，其特征在于：该方法为：

S1：对两路管道信号进行相干分析提取管道信号的相干频带；

S2：采用变分模态分解对管道声振动信号进行本征模态分解，通过观察VMD分解的原始管道信号的最后一个本征模态分量的中心频率首次取得最大值来确定预设尺度，根据确定的预设尺度，以及将惩罚参数设为默认值2000，分别对两路管道信号进行VMD分解得到本征模态；

S3：对两路管道信号的本征模态和进行相干分析，采用原始管道信号的相干频带来选取本征模态：即本征模态相干频带在原始管道信号相干频带范围内的作为有效本征模态，提取有效本征模态的中心频率和平均功率谱密度组合为多特征的特征矩阵并打上类别标签，包括泄漏和非泄漏，以此训练支持向量机SVM二类分类器；

S4：训练后的SVM二分类器能够实现在线实时监测是否存在泄漏，一旦检测到泄漏，就将泄漏信号的有效本征模态重构形成新的泄漏信号进行相关时延估计，由相干频带确定泄漏信号的传播速度，从而根据时间延迟估计、传播速度和两传感器的距离确定泄漏点位置。

2.根据权利要求1所述的基于变分模态分解的流体管道泄漏声振动相干检测定位方法，其特征在于：在所述步骤S1中，管道的声振动信号沿着管道传输时被分解为多种不同类型的模态信号；

流体管道看作由管内流体、管壁及管道外部介质三层不同属性的介质构成的圆柱形壳体复合结构，低频泄漏声振动信号在这种圆柱形壳体复合结构中传输时只激励两种基本的模态类型：管壁主导模态和流体主导模态，其中管壁主导模态波主要在管壁中传输，而流体主导模态波则为流体中传输的纵波；

流体管道声振动信号沿着管道向两端传输，被两端加速度传感器拾取后形成两路管道信号分别为X 1(t)和X 2(t)，对两路管道信号进行处理来确定是否存在泄漏并针对泄漏信号进行漏点定位。

3.根据权利要求1所述的基于变分模态分解的流体管道泄漏声振动相干检测定位方法，其特征在于：所述方法具体为：

对两路管道信号X 1(t)和X 2

(t)进行傅里叶变换得两信号的频谱函数为：从而确定两路信号的互功率谱和自功率谱

如下其中分别表示管道信号的功率谱的共轭；

从而两路管道信号的相干函数为

权　利　要　求　书1/5页2CN 109681789 A