管壁腐蚀用超声测厚仪研发
这是一篇关于管壁测厚,超声检测,信号去噪,时延估计,软件设计的论文, 主要内容为当今石化行业中,管壁被输送介质腐蚀是一种普遍存在的问题,它不仅会对生产安全造成威胁,还会对设备的寿命和效率产生不利影响。针对这个问题,通常使用超声测厚仪测量管道壁厚,从而及时发现并评估腐蚀的情况,帮助企业进行预防和维护。目前,石化厂使用的测厚仪存在价格昂贵、精度低、携带不方便、人工记录数据效率低和易丢失等问题,因此本文设计了一款精度高、操作简单、可无线通讯的单手手持式测厚仪并且开发了一款数据管理软件,通过加工样机进行实验,验证了测厚仪和软件的可靠性和可行性,具体研究工作如下:(1)设计测厚仪和软件的总体方案。了解超声波在介质中传播特性的基础上,根据实际检测环境,选择脉冲反射法作为测量管壁厚度的方法;根据测厚仪的功能要求和性能指标,设计了体积小、精度高的超声波换能器和硬件电路原理图;根据数据管理需求设计了相应的数据管理软件功能模块。(2)提出一种改进的小波阈值去噪算法并结合包络峰值算法实现了回波时延的高精度估计。通过分析小波阈值和小波阈值函数的原理和特点,修正阈值和改进阈值函数,使阈值具有自适应性,提高回波信号去噪效果。并对比分析三种时延估计算法的实验结果,最后选择包络峰值算法用来估计回波时延,提高测量计算精度。(3)加工样机,搭建实验平台,验证了测厚仪的有效性、性能一致性和可行性。通过多次对比实验,校准了计算声速和选取了最佳耦合剂,进一步提高检测精度;对比品牌测厚仪和不同批次样机的测量精度证明了本文测厚仪的有效性和一致性;通过对实际腐蚀管道的样品测量,证明了本文测厚仪的可行性。(4)开发了一款管道数据管理软件。考虑到软件的功能需求与工程实际,秉承模块化设计原则对软件进行设计。用Python语言编写软件功能逻辑代码、Py Qt5设计软件人机交互界面和My SQL数据库储存测量信息数据,开发了数据管理软件,最后软件的测试结果表明,软件实现了测量数据录入与查询、无线数据传输、数据可视化和数据导出等功能,提高了工作人员的工作效率。
声定位与识别系统的信号处理研究
这是一篇关于被动声探测,声源定位,声源识别,时延估计的论文, 主要内容为声源探测技术因能够处理传统探测技术中无法解决的诸多问题而被广泛关注,可以分为主动声源探测和被动声源探测两种,其中被动声源探测技术是传感器与阵列设计、信号前置处理、无线通信、数据高精度采集等技术共同发展的应用结果,由于设备利于携带、隐蔽性较好且测量的精度较高被应用于各个领域。本文针对设计一款能够实时识别与定位被动声探测系统的需求,主要从理论研究、软硬件设计、系统的实际环境测试三个方面进行研究:(1)首先设计了被动声探测系统的整体流程与框架,主要分为硬件框架和软件框架。在硬件方面针对实际环境进行了声传感器的选型和阵列尺寸的设计;选择了IAC-IMX6UL-KIT作为系统的处理器,ADS7828作为同步采样芯片,电容式声传感器作为阵列阵元。在软件方面分别设计了采集模块、识别模块、定位模块等的总体流程。然后基于已设计的系统框架,进一步研究预处理、声源识别、声源定位相关理论与功能实现。(2)探究了声信号的特性以及环境因素对声信号传播的影响机理,并建立了相应的声信号传播模型;通过分析选择带通滤波器与(Least Mean Square,LMS)最小均方差自适应算法对信号进行预处理;然后选择(Mel Frequency Cepstrum Coefficient,MFCC)梅尔频率倒谱系数对目标声源信号进行特征提取,并使用(Back Propagation,BP)反向传播神经网络进行分类识别;设计了四元三角阵列模型并推导了相关定位公式,使用(Time Difference of Arrival,TDOA)基于到达时间差的时延估计算法进行定位,并利用广义互相关算法计算相关时延值。最后根据仿真结论编写对应代码并在硬件环境中移植了相关功能模块与算法。(3)在实际环境中对已设计的声探测系统各个模块功能进行测试。测试结果显示,本文所设计的声源实时定位与探测系统能够实现相关功能,且识别、定位精度能够达到期望。此外,本文也对测试结果的误差进行了分析。
声定位与识别系统的信号处理研究
这是一篇关于被动声探测,声源定位,声源识别,时延估计的论文, 主要内容为声源探测技术因能够处理传统探测技术中无法解决的诸多问题而被广泛关注,可以分为主动声源探测和被动声源探测两种,其中被动声源探测技术是传感器与阵列设计、信号前置处理、无线通信、数据高精度采集等技术共同发展的应用结果,由于设备利于携带、隐蔽性较好且测量的精度较高被应用于各个领域。本文针对设计一款能够实时识别与定位被动声探测系统的需求,主要从理论研究、软硬件设计、系统的实际环境测试三个方面进行研究:(1)首先设计了被动声探测系统的整体流程与框架,主要分为硬件框架和软件框架。在硬件方面针对实际环境进行了声传感器的选型和阵列尺寸的设计;选择了IAC-IMX6UL-KIT作为系统的处理器,ADS7828作为同步采样芯片,电容式声传感器作为阵列阵元。在软件方面分别设计了采集模块、识别模块、定位模块等的总体流程。然后基于已设计的系统框架,进一步研究预处理、声源识别、声源定位相关理论与功能实现。(2)探究了声信号的特性以及环境因素对声信号传播的影响机理,并建立了相应的声信号传播模型;通过分析选择带通滤波器与(Least Mean Square,LMS)最小均方差自适应算法对信号进行预处理;然后选择(Mel Frequency Cepstrum Coefficient,MFCC)梅尔频率倒谱系数对目标声源信号进行特征提取,并使用(Back Propagation,BP)反向传播神经网络进行分类识别;设计了四元三角阵列模型并推导了相关定位公式,使用(Time Difference of Arrival,TDOA)基于到达时间差的时延估计算法进行定位,并利用广义互相关算法计算相关时延值。最后根据仿真结论编写对应代码并在硬件环境中移植了相关功能模块与算法。(3)在实际环境中对已设计的声探测系统各个模块功能进行测试。测试结果显示,本文所设计的声源实时定位与探测系统能够实现相关功能,且识别、定位精度能够达到期望。此外,本文也对测试结果的误差进行了分析。
管壁腐蚀用超声测厚仪研发
这是一篇关于管壁测厚,超声检测,信号去噪,时延估计,软件设计的论文, 主要内容为当今石化行业中,管壁被输送介质腐蚀是一种普遍存在的问题,它不仅会对生产安全造成威胁,还会对设备的寿命和效率产生不利影响。针对这个问题,通常使用超声测厚仪测量管道壁厚,从而及时发现并评估腐蚀的情况,帮助企业进行预防和维护。目前,石化厂使用的测厚仪存在价格昂贵、精度低、携带不方便、人工记录数据效率低和易丢失等问题,因此本文设计了一款精度高、操作简单、可无线通讯的单手手持式测厚仪并且开发了一款数据管理软件,通过加工样机进行实验,验证了测厚仪和软件的可靠性和可行性,具体研究工作如下:(1)设计测厚仪和软件的总体方案。了解超声波在介质中传播特性的基础上,根据实际检测环境,选择脉冲反射法作为测量管壁厚度的方法;根据测厚仪的功能要求和性能指标,设计了体积小、精度高的超声波换能器和硬件电路原理图;根据数据管理需求设计了相应的数据管理软件功能模块。(2)提出一种改进的小波阈值去噪算法并结合包络峰值算法实现了回波时延的高精度估计。通过分析小波阈值和小波阈值函数的原理和特点,修正阈值和改进阈值函数,使阈值具有自适应性,提高回波信号去噪效果。并对比分析三种时延估计算法的实验结果,最后选择包络峰值算法用来估计回波时延,提高测量计算精度。(3)加工样机,搭建实验平台,验证了测厚仪的有效性、性能一致性和可行性。通过多次对比实验,校准了计算声速和选取了最佳耦合剂,进一步提高检测精度;对比品牌测厚仪和不同批次样机的测量精度证明了本文测厚仪的有效性和一致性;通过对实际腐蚀管道的样品测量,证明了本文测厚仪的可行性。(4)开发了一款管道数据管理软件。考虑到软件的功能需求与工程实际,秉承模块化设计原则对软件进行设计。用Python语言编写软件功能逻辑代码、Py Qt5设计软件人机交互界面和My SQL数据库储存测量信息数据,开发了数据管理软件,最后软件的测试结果表明,软件实现了测量数据录入与查询、无线数据传输、数据可视化和数据导出等功能,提高了工作人员的工作效率。
VHF信号传播时延测量技术研究
这是一篇关于R-模式,VHF信号,时延估计,曲线拟合的论文, 主要内容为近年来,国际航标协会(The International Association of Marine Aids to Navigation and Lighthouse Authorities,IALA)积极推进基于船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)和甚高频数据交换系统(VHF Data Exchange System,VDES)的陆基定位系统研究,即AIS/VDES R-模式研究。其中,精确测量甚高频(Very High Frequency,VHF)信号传播时延是R-模式的关键技术瓶颈。为此,本文聚焦VHF信号传播时延测量技术研究,提出了基于切比雪夫(Chebyshev)拟合递推最小二乘法(Recursive Least Squares,RLS)优化的信号时延估计算法,搭建了VHF信号传播时延测量平台物理系统。针对VHF信号传播时延测量误差大的问题,本文在研究VHF信号帧结构基础上,设计了适用于无线电信号传播时延测量的VHF信号;本文介绍了基本互相关时延估计算法和基于最小二乘样本拟合的复信号时延估计算法,并对VHF信号相关峰值曲线进行分析。以此为基础,本文提出了基于Chebyshev拟合RLS优化的信号时延估计算法,该算法以基本互相关时延估计算法为基础,采用Chebyshev多项式曲线拟合模型和RLS优化算法对VHF信号相关峰值附近的数据进行曲线拟合,进而提高VHF信号传播时延的估计性能。在上述研究成果基础上,结合VHF信号传播时延测量实际需求,本文设计开发了VHF信号传播时延测量平台;在梳理该平台业务功能需求基础上,将平台分为VHF信号测量系统和VHF信号传播时延解算系统,其中VHF信号测量系统由VHF信号发射部分和VHF信号接收部分组成,VHF信号传播时延解算系统由VHF信号解算、数据库管理、数据调取、曲线绘制、文件存储、气象数据采集和主线程等模块组成;本文详细设计VHF信号测量系统的硬件搭建步骤和VHF信号传播时延解算系统的程序实现流程,并对平台进行实际部署,实时采集和解算VHF信号传播时延。通过对VHF信号传播时延测量平台的测试和相关算法的对比分析,本文所提基于Chebyshev拟合RLS优化的信号时延估计算法估计的VHF信号传播时延标准差比基本互相关时延估计算法降低了46ns,信号延时误差降低了14ns;比基于最小二乘拟合估计的信号时延标准差降低了11ns,信号延时误差降低了5ns;本文所提算法估计的VHF信号传播时延标准差和信号延时误差分别达到36ns和11ns,有效提升了VHF信号传播时延的测量精度,能够满足AIS/VDES R-模式相关精度的指标要求。
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