基于声波传感器的阀门内漏检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及检测技术领域，尤其涉及一种基于声波传感器的阀门内漏检测方法。
【背景技术】
[0002] 阀门作为一种通用的机械产品，在国民经济各个部门中有着广泛的应用。作为流 体管路的控制装置，阀门的基本功能是接通或切断管路介质的流通，改变介质的流动方向， 调节介质的压力和流量，保护管路和设备的正常运行。对绝大多数阀门来说，内漏是其最主 要的破坏形式，也是影响阀门安全运行的首要问题。由于阀门密封性能差或密封寿命短而 产生流体的外漏或内漏，不仅造成系统的压力损失，流体的浪费，对于腐蚀性、易燃易爆性 和有毒性流体的泄漏还会带来灾难性后果。在现有的阀门内漏检测方法中，常用的主要方 法为声发射法。声发射法使用专门的声发射传感器，其感测的声发射信号频率在10KHZ以 上，这不仅要求信号采集及处理设备具有很高的处理速度，造成阀门泄漏检测设备成本高 昂；而且信号处理、特征提取和阀门内漏诊断算法的复杂性高，阀门内漏诊断的准确性差。
[0003] 因此，探索一种成本低廉、处理简单、诊断可靠的阀门泄漏诊断方法具有较高的实 用价值和现实意义。
【发明内容】
[0004] 基于此，有必要针对传统技术中，阀门泄漏检测设备成本高，处理复杂的问题，提 供一种阀门泄漏检测成本低，且检测准确率高的基于声波传感器的阀门内漏检测方法。
[0005] 为实现本发明目的提供的一种基于声波传感器的阀门内漏检测方法，包括以下步 骤：
[0006] 获取阀门上游声波传感器检测的管道内部的第一声波信号的W点第一采样信号 和阀门下游声波传感器检测的第二声波信号的W点第二采样信号；
[0007] 使用第一预设尺度和第二预设尺度分别对所述第一采样信号和所述第二采样信 号进行小波包分解，并计算所述第一采样信号的第一小波包熵和所述第二采样信号的第二 小波包熵；
[0008] 通过分别比较所述第一小波包熵与第一预设小波包熵阈值、所述第二小波包熵与 第二预设小波包熵阈值之间的大小，确定所述阀门是否发生内漏；
[0009] 所述阀门上游声波传感器安装在所述阀门一侧管道的外壁上，且与所述阀门之间 具有第一预设距离；所述阀门下游声波传感器安装在所述阀门另一侧管道的外壁上，且与 所述阀门之间具有第二预设距离；管道内部介质由上游向下游输送。
[0010] 作为一种基于声波传感器的阀门内漏检测方法的可实施方式，所述通过分别比较 所述第一小波包熵与第一预设小波包熵阈值、所述第二小波包熵与第二预设小波包熵阈值 之间的大小，确定所述测试阀门是否发生内漏，包括以下判断：
[0011] 当所述第一小波包熵大于等于所述第一预设小波包熵阈值，且所述第二小波包熵 大于等于所述第二预设小波包熵阈值时，判定所述阀门没有发生内漏；
[0012] 当所述第一小波包熵小于所述第一预设小波包熵阈值，且所述第二小波包熵小于 所述第二预设小波包熵阈值时，判定所述阀门发生内漏；
[0013] 当所述第一小波包熵大于等于所述第一预设小波包熵阈值，而所述第二小波包熵 小于所述第二预设小波包熵阈值时，判定阀门下游产生了干扰；
[0014] 当所述第一小波包熵小于所述第一预设小波包熵阈值，且所述第二小波包熵大于 等于所述第二预设小波包熵阈值时，判定所述阀门上游产生了干扰。
[0015] 作为一种基于声波传感器的阀门内漏检测方法的可实施方式，所述W = 2N，N为正 整数；
[0016] 所述W点的第一米样信号包括N点历史第一米样信号和N点实时第一米样信号， 所述实时第一采样信号的第一点数据时间上落后于所述历史第一采样信号的第N点数据 一个米样周期；
[0017] 所述W点的第二采样信号包括N点历史第二采样信号和N点实时第二采样信号， 所述实时第二采样信号的第一点数据时间上落后于所述历史第二采样信号的第N点数据 一个米样周期。
[0018] 作为一种基于声波传感器的阀门内漏检测方法的可实施方式，所述W点第一采样 信号和所述W点第二采样信号分别构成一帧待处理数据，且所述W点第一采样信号标记为 x(k)，所述W点第二采样信号标记为y(k)，k = 1，2，......，2N ;
[0019] 所述使用第一预设尺度和第二预设尺度分别对所述第一采样信号和所述第二采 样信号进行小波包分解，并计算所述第一采样信号的第一小波包熵和所述第二采样信号的 第二小波包熵，包括以下步骤：
[0020] 对所述第一采样信号和所述第二采样信号分别采用第一预设尺度和所述第二预 设尺度进行小波包分解；其中所述第一预设尺度和所述第二预设尺度分别为cdP C 2;
[0021] 对所述第一采样信号和所述第二采样信号的小波包分解结果中的各个频段的重 构信号作功率谱分析，并使用下面的公式计算各个频段重构信号的信号能量：
[0022]
【主权项】
1. 一种基于声波传感器的阀门内漏检测方法，其特征在于，包括以下步骤： 获取阀门上游声波传感器检测的管道内部的第一声波信号的W点第一采样信号和阀 门下游声波传感器检测的第二声波信号的W点第二采样信号； 使用第一预设尺度和第二预设尺度分别对所述第一采样信号和所述第二采样信号进 行小波包分解，并计算所述第一采样信号的第一小波包熵和所述第二采样信号的第二小波 包熵； 通过分别比较所述第一小波包熵与第一预设小波包熵阈值、所述第二小波包熵与第二 预设小波包熵阈值之间的大小，确定所测试的阀门是否发生内漏； 所述阀门上游声波传感器安装在所述阀门一侧的管道的外壁上，且与所述阀门之间具 有第一预设距离；所述阀门下游声波传感器安装在所述阀门另一侧的管道的外壁上，且与 所述阀门之间具有第二预设距离；管道内部介质由上游向下游输送。
2. 根据权利要求1所述的基于声波传感器的阀门内漏检测方法，其特征在于，所述通 过分别比较所述第一小波包熵与第一预设小波包熵阈值、所述第二小波包熵与第二预设小 波包熵阈值之间的大小，确定所述测试阀门是否发生内漏，包括以下判断： 当所述第一小波包熵大于等于所述第一预设小波包熵阈值，且所述第二小波包熵大于 等于所述第二预设小波包熵阈值时，判定所述阀门没有发生内漏； 当所述第一小波包熵小于所述第一预设小波包熵阈值，且所述第二小波包熵小于所述 第二预设小波包熵阈值时，判定所述阀门发生内漏； 当所述第一小波包熵大于等于所述第一预设小波包熵阈值，而所述第二小波包熵小于 所述第二预设小波包熵阈值时，判定阀门下游产生了干扰； 当所述第一小波包熵小于所述第一预设小波包熵阈值，且所述第二小波包熵大于等于 所述第二预设小波包熵阈值时，判定所述阀门上游产生了干扰。
3. 根据权利要求1所述的基于声波传感器的阀门内漏检测方法，其特征在于，所述W = 2N，N为正整数； 所述W点的第一采样信号包括N点历史第一采样信号和N点实时第一采样信号，所述 实时第一采样信号的第一点数据时间上落后于所述历史第一采样信号的第N点数据一个 采样周期； 所述W点的第二采样信号包括N点历史第二采样信号和N点实时第二采样信号，所述 实时第二采样信号的第一点数据时间上落后于所述历史第二采样信号的第N点数据一个 采样周期。
4. 根据权利要求3所述的基于声波传感器的阀门内漏检测方法，其特征在于，所述W点 第一采样信号和所述W点第二采样信号分别构成一帧待处理数据，且所述W点第一采样信 号标记为x(k)，所述W点第二采样信号标记为y (k)，k = 1，2，......，2N ; 所述使用第一预设尺度和第二预设尺度分别对所述第一采样信号和所述第二采样信 号进行小波包分解，并计算所述第一采样信号的第一小波包熵和所述第二采样信号的第二 小波包熵，包括以下步骤： 对所述第一采样信号和所述第二采样信号分别采用第一预设尺度和所述第二预设尺 度进行小波包分解；其中所述第一预设尺度和所述第二预设尺度分别为cdP c 2; 对所述第一采样信号和所述第二采样信号的小波包分解结果中的各个频段的重构信 号作功率谱分析，并使用下面的公式计算各个频段重构信号的信号能量：
其中，j为小波包分解的频段序号，，j = 1，2,…L，L = 2%对应所述第一采样信号和所 述第二采样信号c分别为(^和c 2, Pow (i)为每个频段重构信号的功率谱，M彡2N，且M = 2η，η为正整数； 根据下面的公式计算各个频段的信号能量在当前帧被处理数据中的信号能量分率：
根据下面的公式计算每帧所述被处理数据的小波包熵：
【专利摘要】本发明公开了一种基于声波传感器的阀门内漏检测方法。该方法包括如下步骤：获取阀门上游声波传感器检测的管道内部的第一声波信号的W点第一采样信号和阀门下游声波传感器检测的第二声波信号的W点第二采样信号；使用第一预设尺度和第二预设尺度分别对第一采样信号和第二采样信号进行小波包分解，并计算第一采样信号的第一小波包熵和第二采样信号的第二小波包熵；通过分别比较第一小波包熵与第一预设小波包熵阈值、第二小波包熵与第二预设小波包熵阈值之间的大小，确定被测试阀门是否发生内漏。该方法无需使用传统的高频声发射传感器，大大降低阀门内漏判断中信号处理的高实时性要求和复杂程度，计算工作量和内存需求量大大减小，有利于工程实现。
【IPC分类】G01M3-00
【公开号】CN104764564
【申请号】CN201510190805
【发明人】林伟国, 张艺瀚, 吴海燕
【申请人】北京化工大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月21日