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成品油管道泄漏次声波监测及信号处理方法

油气储运 2024年

作者：尹渊博李玉星杨文芦澍张晨刘翠伟杨凯王武昌中国石油天然气管道局有限公司中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院.山东省油气储运安全重点实验室国家管网集团华南分公司

【目的】随着油气输送管道总里程不断增加，管道泄漏监测成为保证管道安全平稳运行的关键技术之一。次声波监测因其灵敏度高、定位精度高、维护费用低等诸多优点备受关注，但其在成品油管道中的工程应用有待探讨。【方法】基于次声波监... 详细信息

【目的】随着油气输送管道总里程不断增加，管道泄漏监测成为保证管道安全平稳运行的关键技术之一。次声波监测因其灵敏度高、定位精度高、维护费用低等诸多优点备受关注，但其在成品油管道中的工程应用有待探讨。【方法】基于次声波监测基本原理，自主搭建了液体管道泄漏监测实验装置，分析了不同的泄漏孔尺寸、管道压力以及泄漏点距离工况下，次声波传感器采集信号的特征。分析了db系小波基与sym系小波基1～9层小波变换的信号处理效果；利用信号的15个时域特征与4个频域特征参与随机森林分类模型建模，以ROC(Receiver Operating Characteristic Curve)曲线下的面积(Area Under Curve， AUC)作为目标函数对模型参数进行优化，采用基于WT-RF(Wavelet Transform-Random Forest)的方法对实验数据进行信号处理与分类。【结果】将新建方法应用于国家管网集团华南分公司某成品油输送管段，结果表明：经过sym2小波基8层分解处理后的次声波信号在时频域具有明显可识别特征，随机森林识别模型结合定位信息可实现生产管道中泄漏工况的误报率、漏报率均为0；在成品油管道监测区间91 km条件下，定位误差800 m左右，稳定泄漏速率0.001 6 m3/s，最小可检测泄漏速率为0.000 46 m3/s。【结论】次声波泄漏监测技术在成品油管道测试中获得了较好的效果，其误报率、漏报率均极低，且定位误差小，可为该技术在成品油管道的应用提供技术支持与参考。

关键词：成品油管道泄漏次声波监测小波分析随机森林最小可监测泄漏量

高精度实时监测输油管道漏失报警系统G300设计

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石油机械 2024年第6期52卷 130-140页

作者：赵璐熊森贾先西安思源学院研究生工作部陕西省西安市710038 西安洛科电子科技股份有限公司研发部西安思源学院工学院

近年来,油田打孔盗油、腐蚀穿孔等输油管道泄漏事故频繁发生,由此带来了经济损失及环境污染的严重后果,为此进行了输油管道的在线监测系统研究。研制的G300管道泄漏监测报警定位系统采用自适应滤波算法和现代数字信号处理技术、模式识... 详细信息

近年来,油田打孔盗油、腐蚀穿孔等输油管道泄漏事故频繁发生,由此带来了经济损失及环境污染的严重后果,为此进行了输油管道的在线监测系统研究。研制的G300管道泄漏监测报警定位系统采用自适应滤波算法和现代数字信号处理技术、模式识别算法,极大地提高了定位精度,降低了漏报率和误报率。可针对所监测管段全天候实时监测,对管道运行中发生的泄漏等异常事件进行报警、定位。与GPS为核心的定位导航系统及精确的管道电子地图相结合,可及时准确找到泄漏现场,使管道泄漏损失降到最低。试验结果表明:最小泄漏孔径为3 mm,泄漏点平均定位精度小于10 m,泄漏报警时间小于15 s,没有出现漏报情况。研制的系统可为油田输油管道的在线监测提供技术支撑。

关键词：管道漏失报警系统流量平衡压力波次声波泄漏定位

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煤自燃过程中声波效应及前兆特征研究进展

煤炭科学技术 2024年

作者：孔彪钟建辉陆伟胡相明高李阳庄则栋孙晓磊时林超山东科技大学安全与环境工程学院安徽理工大学安全科学与工程学院

基于声波技术感知煤自燃温度的方法具有应用场景广、实时连续性强等优势，但煤自燃过程中声波信号的前兆特征还未有揭示，进行煤自燃过程中声波效应和前兆特征的研究，为声波法探测预警煤自燃提供理论基础。文章首先理论分析煤岩热损伤... 详细信息

基于声波技术感知煤自燃温度的方法具有应用场景广、实时连续性强等优势，但煤自燃过程中声波信号的前兆特征还未有揭示，进行煤自燃过程中声波效应和前兆特征的研究，为声波法探测预警煤自燃提供理论基础。文章首先理论分析煤岩热损伤破裂演化过程、声波传输特征，在此基础上建立了3种尺寸煤自燃声波信息测试系统，测试了煤升温及燃烧过程中次声波、声发射及声波声速信息，利用线性拟合、多重分形理论、傅里叶变换等方法，围绕声波信号的时序特征、与温度相关性、空间特征、非线性特征及频谱等方面进行分析，揭示煤自燃过程中声波信号前兆特征规律。结果表明：煤自燃过程中，随着温度升高，次声波声压值阵发性增长，声发射信号的振铃计数、能量值及声波声速与温度正相关；煤自燃前期次声波信号、声波声时变化更为明显，声发射信号在100 ℃之后的增大变化更显著；声波信号具有空间特征，随着热源距离增加，振铃计数、能量发生降低变化，温度升高不同距离下的声速值均不断增加，声速-温度拟合方程R2均超过0.9；煤升温过程中次声波、声发射信号具有多重分形特征并与煤自燃热破裂具有较好对应性；此外，煤升温过程中次声波主频发生迁移、主频幅值不断增加。最后对煤田高温异常区进行声发射测试，温度异常区域声发射信号变化明显，上述研究为利用声波技术进行煤自燃探测预警提供指导。

关键词：煤自燃次声波声发射时空演化频域特征

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金钥匙科技竞赛赛题百科

科学大众（小诺贝尔） 2024年第6期 42-43页

1次声波和超声波我们的耳朵能听到的声波频率为20~20 000赫兹,频率低于20赫兹的声波为次声波。次声波比一般的声波、光波和无线电波都要传得远。而且,某些频率的次声波由于和人体器官的振动频率相近甚至相同,会在不知不觉中对人体造成... 详细信息

1次声波和超声波我们的耳朵能听到的声波频率为20~20 000赫兹,频率低于20赫兹的声波为次声波。次声波比一般的声波、光波和无线电波都要传得远。而且,某些频率的次声波由于和人体器官的振动频率相近甚至相同,会在不知不觉中对人体造成伤害。频率高于20 000赫兹的声波为超声波。超声波是一种波长极短的机械波,可用于清洗、碎石、杀菌消毒等。

关键词：科技竞赛次声波人体器官声波频率杀菌消毒机械波超声波振动频率

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汤加火山喷发所产生的次声波

声学学报 2022年第2期47卷 289-291页

作者：程巍滕鹏晓吕君张天予中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院噪声与振动重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

2022年1月15日汤加火山发生了剧烈的喷发。在火山喷发后的8 h 39 min,距离火山喷发位置10151 km的昆明次声台阵记录到很强的次声波信号。次声波波列前几个周期平均为443 s,传播速度约为321 m/s,其波形幅度与频率随时间变化与核爆炸产生... 详细信息

2022年1月15日汤加火山发生了剧烈的喷发。在火山喷发后的8 h 39 min,距离火山喷发位置10151 km的昆明次声台阵记录到很强的次声波信号。次声波波列前几个周期平均为443 s,传播速度约为321 m/s,其波形幅度与频率随时间变化与核爆炸产生的次声波形相似。采用相关检测方法估计次声信号的方位角为119°。在持续监测中,还观测到了火山喷发产生的次声信号沿反方向绕地球到达的信号和沿正方向绕地球一周后再次到达的信号。

关键词：火山喷发传播速度台阵记录次声波持续监测声波波列核爆炸方位角

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次声波监测台阵及地震次声研究进展

地球物理学进展 2023年第1期38卷 122-136页

作者：郑海刚黎哲君黄金水王燚坤王雪莹中国科学技术大学地球和空间科学学院合肥230026 安徽省地震局合肥230031 蒙城地球物理国家野外科学观测研究站亳州233500

通过文献调研,本文回顾了国际国内主要次声波观测台阵和地震次声波的最新研究进展,目的是寻找两者的差距与不足,为国内地震次声波监测台阵建设和地震次声研究提供有益的借鉴.文章首先对全球最大、分布最广泛的IMS次声观测台阵布设方式... 详细信息

通过文献调研,本文回顾了国际国内主要次声波观测台阵和地震次声波的最新研究进展,目的是寻找两者的差距与不足,为国内地震次声波监测台阵建设和地震次声研究提供有益的借鉴.文章首先对全球最大、分布最广泛的IMS次声观测台阵布设方式及降低风噪系统进行了详细归纳,与国内主要次声台阵在这两方面的进展对比后发现,国际次声台阵主要以小孔径多子台的方式布设,且大多配备有不同类型的降低风噪系统;国内次声台阵主要以广域台阵方式布设,仅有少部分实验性的小孔径次声台阵,且大多未布设降低风噪系统.随后文章对各类次声台阵在地震监测预报方面的研究成果进行了认真梳理,国内外对比可以发现,国内地震次声研究主要集中在震前次声方面,国际地震次声研究主要以同震次声研究为主,主要包括震中次声、衍射次声和本地次声的识别分析,以及应用相关次声信号开展次声源定位、地震动影响分析等工作.分析结果认为,今后国内地震次声监测台阵建设方面应该进一步加强小孔径多子台台阵建设及降低风噪系统布设,这更有利于次声互相关信号提取及提高数据信噪比;国内地震次声研究需要继续开拓思路,在关注震前次声波研究的同时,进一步加强同震次声波的分析,这更有利于追踪地震次声研究最新趋势,拓展国内地震次声研究新领域.

关键词：次声波地震 IMS 次声台阵

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次声波火灾探测系统的设计与研究

次声波火灾探测系统的设计与研究

作者：余浩江苏科技大学

学位级别：硕士

随着社会的高速发展,城镇化比例越来越高,建筑群越来越密集,城镇消防安全出现了极大的安全隐患,因此对火灾早期和极早期的预报显得尤为重要。而次声波火灾探测技术可以针对火灾引起的周围环境空气低频震动（次声波）的规律变化进行分析... 详细信息

随着社会的高速发展,城镇化比例越来越高,建筑群越来越密集,城镇消防安全出现了极大的安全隐患,因此对火灾早期和极早期的预报显得尤为重要。而次声波火灾探测技术可以针对火灾引起的周围环境空气低频震动（次声波）的规律变化进行分析,实现火灾预警或火灾等级的准确判断,最大限度减少火灾造成的损失。由于火灾次声波信号弱且不稳定,本文通过燃烧过程中引起的次声波变化特征设计了一种检测范围广、可穿墙、响应速度快的嵌入式火灾探测器系统。该系统由软件部分和硬件两部分组成。其中,硬件部分实现采集火燃烧过程中的次声波频率变化数据;软件部分实现了数据的可视化、分析、录制和报警功能。本文主要的研究内容包括以下几方面:（1）设计硬件部分,根据次声波特性,设计一种无失真声波采集和声波数据分析以及声波数据发送的硬件设备。（2）设计硬件的软件部分,本文通过编写ADC采集程序以及网络通信协议栈程序,实现声波数据的采集和发送。（3）对燃烧产生的次声波进行理论分析研究,分别从时域、频域和时频域三方面研究其分析方法。（4）设计上位机软件完成基于次声波的火灾数据探测功能。上位机主要包含声波数据实时时域显示,频域显示,声波数据录制,异常数据报警等功能。（5）设计不同物质的燃烧实验,使用上位机录制物质燃烧过程中所释放的声波数据,同时使用matlab进行数据模型分析。（6）设计激励压电陶瓷产生次声波振动波源信号与燃烧的次声波信号进行比对研究,实验结果表明其信号频域特征与探测火灾次声波信号呈现正相关。

关键词：多路传感器次声波火灾探测器自动预警数据监测

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基于次声波的钻井返出液液面检测系统设计

石油机械 2023年第11期51卷 108-115页

作者：任旭虎刘通汪卫众王文倩王智敏中国石油大学(华东)海洋与空间信息学院

针对传统声波液面测量装置存在的精度较低以及抗干扰能力差等问题,设计了一款基于次声波的钻井返出液液面检测系统。该系统以声波检测原理为基础,将检测系统进行模块化设计,利用高压气体作为声源产生次声波信号,设计与信号相匹配的信号... 详细信息

针对传统声波液面测量装置存在的精度较低以及抗干扰能力差等问题,设计了一款基于次声波的钻井返出液液面检测系统。该系统以声波检测原理为基础,将检测系统进行模块化设计,利用高压气体作为声源产生次声波信号,设计与信号相匹配的信号调理电路,结合数据采集卡实现声波信号的采集。为了消除井下的噪声干扰,利用随机共振滤波算法对采集的信号进行预处理,降低信号噪声。根据钻杆的接箍回波和液面反射波信号的特点,采用快速傅里叶变换的方法,实现了动液面深度的计算。根据现场测试结果,返出液液面回波信号经过随机共振滤波算法处理后,信噪比约为10 dB,系统测量的数据与实际结果符合度较高,能够较好地满足钻录一体化监测系统对动液面数据的需求。研究结果对石油录井工程具有一定的实用价值。

关键词：钻录一体化返出液液面检测次声波数据采集随机共振

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次声波在非均匀大气中的超视距传播特性研究

物理学报 2013年第15期62卷 222-232页

作者：周晨王翔赵正予张援农武汉大学电子信息学院武汉430072

本文基于Nonlinear Progressive Equation(NPE方程)开展了对非均匀大气中次声波超视距传播特性的研究,通过数值模拟实验对武汉上空四季次声波传播情况以及路径传输损耗进行了模拟,获取了次声波在非均匀大气中的超视距传播特性.计算结果... 详细信息

本文基于Nonlinear Progressive Equation(NPE方程)开展了对非均匀大气中次声波超视距传播特性的研究,通过数值模拟实验对武汉上空四季次声波传播情况以及路径传输损耗进行了模拟,获取了次声波在非均匀大气中的超视距传播特性.计算结果表明,非均匀大气的性质及其中存在的风对次声波传播有明显的影响,平流层折射与风速和声波传播方向密切相关,数值模拟结果表明,当高斯声源主频为0.1Hz时,在不同的背景风场传播条件下,存在着两个反射高度,其中40km高度反射传输损耗约为25dB,110km反射传输损耗约为50dB.

关键词：次声波超视距传播非均匀大气平流层折射