超聲波流量計(jì)在管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用

任務(wù)調(diào)度與管理程序是系統(tǒng)的核心管理模塊，主要利用操作系統(tǒng)的多任務(wù)性，實(shí)現(xiàn)程序?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)任務(wù)進(jìn)行調(diào)度。

數(shù)據(jù)采集模塊主要利用高速數(shù)據(jù)采集卡對外部傳輸來的信號進(jìn)行準(zhǔn)確快速地采集，保證后續(xù)數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

數(shù)據(jù)傳輸模塊利用VXD技術(shù)編程實(shí)現(xiàn)采集卡的虛擬儀器驅(qū)動程序，提供了對DMA中斷和部分I／O的操作，主要完成將采集卡采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可方便處理的二進(jìn)制代碼文件和數(shù)據(jù)庫源文件。

混沌算法處理模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心模塊，利用理論研究中的混沌處理算法對信號進(jìn)行分析處理，提取管道泄漏特征信息，提高判斷的靈敏度和可靠性，從而解決信號的處理與識別工作。

顯示打印模塊利用Matlab強(qiáng)大的圖形顯示功能實(shí)時(shí)給出混沌振子的間歇混沌圖像和信號處理結(jié)果，并可完成實(shí)時(shí)輸出。

日志數(shù)據(jù)庫模塊完成數(shù)據(jù)的動態(tài)更新和復(fù)雜的查詢?nèi)蝿?wù)，本系統(tǒng)使用的是微軟公司的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)MS SQL Sever 2000，用ADO進(jìn)行配置數(shù)據(jù)庫、設(shè)置數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的對數(shù)據(jù)庫訪問的實(shí)時(shí)高效的功能。另外，為了保證數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確快速地進(jìn)行，數(shù)據(jù)通訊軟件的設(shè)計(jì)具有多級的數(shù)據(jù)糾錯(cuò)和數(shù)據(jù)壓縮功能。

5 混沌算法處理模塊

混沌算法處理模塊是整個(gè)系統(tǒng)軟件的重要部分。它主要包括兩個(gè)部分的內(nèi)容：信號預(yù)制的實(shí)現(xiàn)和混沌振子的實(shí)現(xiàn)。

信號預(yù)制的過程是指在信號進(jìn)入混沌振子陣列前將其頻率壓縮至1～10范圍之內(nèi)的過程。鑒于本課題將首先應(yīng)用于微弱超聲信號的測量，而由于不同的實(shí)驗(yàn)可能采用的超聲發(fā)射頻率不同，所以定義表征超聲發(fā)射信號頻率的全局可變參量float Pre_Proc。又因?yàn)榘l(fā)射信號頻率的已知性，故而很容易經(jīng)過判斷后將頻率進(jìn)行壓縮。混沌振子的實(shí)現(xiàn)包括單個(gè)振子的實(shí)現(xiàn)和時(shí)間尺度變換算法的實(shí)現(xiàn)。

用四階龍格一庫塔法求解，計(jì)算公式為(h為算法步長)：

時(shí)間尺度變換的方法很簡單，就是將龍格庫塔法中的積分步長取為初始值的1／ω即可。軟件中我們定義RungKutta(float Pace，float w)函數(shù)來完成步長為Pace、參考頻率為w的Duffing方程的數(shù)值積分。

在信號頻率確定后，信號的相位值可由鎖相方法確定，而幅值則可根據(jù)混沌周期段最大幅值對應(yīng)的矢量合成峰值減去該混沌振子的參考信號幅值來確定。

運(yùn)用混沌算法準(zhǔn)確地提取了壓力信號中所包含的負(fù)壓波信息，定位精度在1%以內(nèi)，滿足工程應(yīng)用要求。

6 結(jié)語

結(jié)合管道輸送的實(shí)際情況，針對原油管道泄漏監(jiān)測技術(shù)及其運(yùn)行監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究，利用超聲波流量計(jì)，依據(jù)流體的流量與超聲波流量計(jì)傳播速度之間的關(guān)系，對管道流量進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測。充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，建立管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，以達(dá)到及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏，并準(zhǔn)確地確定其位置的目的。