基于MSP430的檢測管道泄漏（二等獎）

（序號：172）北京化工大學(xué)第九屆“萌芽杯”參賽作品—B類作品名稱：基于MSP430的管道泄漏檢測系統(tǒng)指導(dǎo)教師：曹晰。負(fù)責(zé)人： 劉偉俊。聯(lián)系方式：。2013年6月3日團隊成員及指導(dǎo)老師介紹指導(dǎo)老師介紹：姓名曹晰所屬學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院職稱講師研究方向微機電系統(tǒng)，故障診斷與早期預(yù)警團隊成員介紹：姓名劉偉俊所屬學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專業(yè)測控技術(shù)與儀器班級1103姓名李浩鵬所屬學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專業(yè)測控技術(shù)與儀器班級1103姓名于音所屬學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專業(yè)測控技術(shù)與儀器班級1103基于MSP430的管道泄漏檢測系統(tǒng)摘要采用管道運輸?shù)姆椒ㄟ\輸石油已經(jīng)在國民經(jīng)濟的發(fā)展中占了很重要的地位。但由于管道老化、偷盜油氣等現(xiàn)象的存在，管道不可避免的會發(fā)生破裂泄露，不僅會影響正常生產(chǎn)，造成經(jīng)濟損失，還會污染環(huán)境。因此如何有效的檢測并定位管道的泄漏成為了關(guān)鍵的問題。當(dāng)前已經(jīng)有多種泄漏檢測的技術(shù)與方法，但在檢測靈敏的與精度方面還存在著一定的局限性。所以，研究和開發(fā)一套有效的輸油管道泄漏檢測與定位系統(tǒng)，對于輸油管道的安全運行，及環(huán)境保護，減少企業(yè)經(jīng)濟損失具有重要的意義。本論文基于管道泄漏存在的壓力變化，介紹了負(fù)壓波泄漏檢測、定位原理及方法。在學(xué)習(xí)負(fù)壓波管道泄漏檢測與定位系統(tǒng)的工作原理基礎(chǔ)上，做出了一套系統(tǒng)設(shè)計方案，通過設(shè)置在泄漏點兩端的傳感器，根據(jù)壓力信號的變化和泄漏產(chǎn)生的負(fù)壓波傳播速度進行管道泄漏的檢測，并結(jié)合單片機進行分析處理。關(guān)鍵詞：輸油管道、負(fù)壓波、單片機、傳感器

目錄第一章緒論 11.1引言 11.2管道泄漏檢測與定位系統(tǒng)的要求 11.3管道泄漏檢測與定位的方法 21.4課題研究的意義 2第二章管道泄漏檢測方法 32.1引言 32.2負(fù)壓波的概念及原理 32.2.1概述 32.2.2基于負(fù)壓波的管道泄漏檢測 32.3其他基于信號的管道泄漏檢測方法 42.3.2質(zhì)量平衡法 42.3.3應(yīng)力波法 52.4基于模型的管道泄漏檢測方法 52.4.1以估計器為基礎(chǔ)的模型法 52.4.2實時模型法 52.4.3瞬態(tài)模型法 52.5管道泄漏檢測系統(tǒng)的選擇 52.6本章小結(jié) 6第三章基于單片機的管道的泄漏檢測與定位系統(tǒng) 73.1引言 73.2檢測系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)與功能 73.3檢測系統(tǒng)的硬件 83.3.1信號調(diào)理模塊實現(xiàn) 83.4系統(tǒng)軟件實現(xiàn) 103.4.1管道泄漏報警模塊的實現(xiàn) 103.5本章小結(jié) 10第四章實驗研究與分析 114.1引言 114.2系統(tǒng)測試與分析 114.2.1系統(tǒng)運行 11第六章結(jié)論與展望 136.1結(jié)論 136.2展望 13參考文獻 14致謝 16附錄一：小波變換技術(shù) 17附錄二：數(shù)據(jù)庫設(shè)計圖 19附錄三：泄漏檢測算法 19附錄四：msp430無線通信驅(qū)動 23第一章緒論1.1引言管道輸送因其具有成本低、節(jié)省能源、安全性高及供給穩(wěn)定等優(yōu)點已經(jīng)在各行各業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。但是，隨著管齡的增長，由于腐蝕、焊縫缺陷、震動及沖刷等原因而引起的管道泄漏不僅影響了管輸?shù)恼＿\行，而且還對人類的生命財產(chǎn)和環(huán)境造成了巨大的威脅。國外一些較發(fā)達的國家從70年代末已經(jīng)開始對管道泄漏故障進行了研究，目前已有的管道檢測方法如漏磁通法、超聲波法、流量差法、壓力差法等都具有一定的局限性，而一種基于現(xiàn)代控制理論、信號處理的負(fù)壓波檢測法會有著良好的發(fā)展前景。這種檢測法不僅不用設(shè)置流量計，使用設(shè)備少，工作量小，價錢便宜，而且檢測速度快（能在60s內(nèi)指示出泄漏的發(fā)生），定位精度較高，靈敏度也較好。除此之外，由于這種方法的方向性可以允許使用較低的閥值，可大大減少誤報警率。1.2管道泄漏檢測與定位系統(tǒng)的要求建立管道泄漏檢與定位測系統(tǒng)，及時準(zhǔn)確報告泄漏事故的范圍和程度，可以最大限度地減少經(jīng)濟損失和環(huán)境污染，及避免更大危險的發(fā)生。對一種泄漏檢測方法優(yōu)劣或一個泄漏檢測與定位系統(tǒng)性能的評價，應(yīng)從以下幾個方面加以考慮：靈敏性：系統(tǒng)能檢測出管道泄漏的大小范圍，主要是多小的泄漏量能夠發(fā)出正確的報警提示；定位精度：發(fā)生泄漏時，系統(tǒng)對泄漏點位置確定的誤差范圍；檢測時間：從泄漏開始到系統(tǒng)檢測出泄漏所需要的時間；有效性：是否能連續(xù)檢測整條管道；準(zhǔn)確性：能夠準(zhǔn)確地檢測出泄漏，因操作失誤和設(shè)備故障等因素發(fā)出誤報警的比率是否較低；適應(yīng)能力：是指泄漏檢測方法能否對不同的管道環(huán)境，不同的輸送介質(zhì)及管道發(fā)生變化時，是否具有通用性；可維護性：是指系統(tǒng)運行時對操作者有多大要求，即當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，能否簡單快速地進行維修；性價比：是指系統(tǒng)建設(shè)、運行及維護的花費與系統(tǒng)所能提供性能的比值。由于檢測的復(fù)雜性，如管道輸送介質(zhì)的多樣性，管道所處的環(huán)境（如地上、管溝、埋地、海底）的多樣性，以及泄漏形式的多樣性（滲漏、穿孔、斷裂等），使得目前還沒有一種通用的方法解決管道泄漏檢測問題。1.3管道泄漏檢測與定位的方法管道泄漏檢測與定位技術(shù)，經(jīng)歷了人工巡檢法、電纜檢漏法、聲學(xué)傳感器法、探地雷達法、半滲透檢測管法、探測求法、分布式光纖法以及漏磁檢測等直接檢測技術(shù)，它們根據(jù)管道泄漏所產(chǎn)生的一些特征如介質(zhì)的氣味、管道的振動、泄漏介質(zhì)對環(huán)境的影響等特性進行管道的泄漏檢測，但是直接檢測技術(shù)浪費大量的人力、物力、財力，而且有時不能及時發(fā)現(xiàn)泄漏。隨著計算機技術(shù)，控制技術(shù)、信號處理技術(shù)，人工智能的發(fā)展，管道泄漏檢測與定位技術(shù)主要集中在了基于信號處理的泄漏檢測定位方法、基于模型的泄漏檢測定位方法和基于人工智能的泄漏檢測與定位方法等方面?；谛盘柼幚淼男孤z測定位方法不需要建立管道復(fù)雜的定量模型，只需要根據(jù)管道工作的一些簡單機理，對兩端的壓力傳感器和流量傳感器測得的壓力信號和流量信號進行處理，實現(xiàn)泄漏檢測定位?；谀Ｐ偷男孤┒ㄎ环椒ǜ鶕?jù)管道的流體力學(xué)機理對管道的全部力學(xué)特性進行建模，通過模型獲得管道上各點的溫度、壓力、流量等信息，通過算法模型分析處理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)管道泄漏檢測定位。而人工智能的出現(xiàn)為管道泄漏檢測與定位注入了新的活力，目前人工智能尚在發(fā)展中。1.4課題研究的意義在當(dāng)今國民經(jīng)濟發(fā)展中，管道運輸已經(jīng)占據(jù)了相當(dāng)重要的地位。它在輸送氣體、液體等散裝物品方面所具有的獨特優(yōu)勢，已成為現(xiàn)代工業(yè)和國民經(jīng)濟的命脈。但是由于管道老化腐蝕以及打孔偷盜現(xiàn)象的存在，管道泄漏時有發(fā)生，不僅嚴(yán)重影響了正常生產(chǎn)，還造成了不必要的經(jīng)濟損失，更會造成環(huán)境的污染。因此，及時準(zhǔn)確的檢測并定位泄漏，可以及時采取措施，從而達到預(yù)防和降低損失的目的，減少人力、物力、財力的浪費，避免環(huán)境污染，這對提高油田輸油管線的管理，減少企業(yè)的經(jīng)濟損失，提高企業(yè)自動化管理水平有重大意義。并且可以及時有效的對偷盜行為作出應(yīng)急處理與打擊，減少不必要的損失。

第二章管道泄漏檢測方法2.1引言基于信號處理的方法無需建立管道的數(shù)學(xué)模型，主要有：負(fù)壓波法，壓力梯度法，質(zhì)量平衡法和統(tǒng)計決策法等。2.2負(fù)壓波的概念及原理2.2.1概述負(fù)壓波檢測法可迅速檢測10%至20%以上的突發(fā)性的大量泄漏，在快速診斷法中占據(jù)重要地位。在泄漏發(fā)生時，泄漏處立即產(chǎn)生因流體物質(zhì)損失而引起局部流體密度減小出現(xiàn)的瞬時壓力降低和速度差，這個瞬時的壓力下降作用在流體介質(zhì)上就作為減壓波源通過管道和流體介質(zhì)向泄漏點的上下游以聲速傳播。其傳播的速度在管道和輸送的流體中并不相同，在天然氣中大約為300m/s,在液體油中大約為1200m/s。負(fù)壓波法可以利用現(xiàn)場現(xiàn)有的壓力變送器，施工量小，實現(xiàn)方便，定位準(zhǔn)確，目前是國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的方法。壓力梯度法壓力梯度法原理是正常輸送時站間管道的壓力坡降呈斜直線，當(dāng)發(fā)生泄漏時，漏點前的流量變大、坡降變陡，泄漏點后流量變小、坡降變平，沿線的壓力坡降呈折線狀，折點即為泄漏點，據(jù)此可算出實際泄漏位置。2.2.2基于負(fù)壓波的管道泄漏檢測在泄漏發(fā)生時，泄漏處立即因流體物質(zhì)的損失而引起局部流體密度減小，從而導(dǎo)致瞬時壓降和速度差，這個瞬時的壓降作用在流體介質(zhì)上，就形成一個負(fù)壓波，其通過管道和介質(zhì)向泄漏點上下游以聲速傳播。設(shè)置在管道兩端的壓力傳感器檢測到壓力波信號，根據(jù)信號變化程度以及變化的時間差，利用信號相關(guān)處理方法就可以進行泄漏判定及泄漏定位。圖1負(fù)壓波法原理圖如圖1所示，假設(shè)被測管道長度為L，負(fù)壓波速度為，管道流體速度為，當(dāng)泄漏發(fā)生在距管道首端X米的地方時，負(fù)壓波從泄漏點到達管道首端的時間為t1，到達管道尾端的時間為t2，則存在以下關(guān)系（2-1）（2-2）令，則（2-3）負(fù)壓波波速在1000—1200m/s之間，流體速度在1.5—3m/s之間，因此流體速度忽略不計，上式可以簡化為（2-4）其中X：泄漏點距上游泵站距離，；L：上游泵站與下游泵站間長度，；：管輸介質(zhì)中負(fù)壓波的傳播速度，；：上下游傳感器接收壓力波的時間差，；從上面公式可以看出負(fù)壓波定位的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：負(fù)壓波的捕獲；上下游壓力波捕獲時間的同步；負(fù)壓波波速的確定；2.3其他基于信號的管道泄漏檢測方法2.3.2質(zhì)量平衡法基于管道質(zhì)量平衡技術(shù)檢測管道的泄漏是一種最基本的檢測方法，它是許多現(xiàn)代管道泄漏檢測技術(shù)的基礎(chǔ)，包括瞬態(tài)模型法。2.3.3應(yīng)力波法管線由于腐蝕、人為打孔等原因破裂時，管內(nèi)高壓流體由破裂處噴出，由于與管壁的相互作用，產(chǎn)生一個高頻的振動噪聲，以應(yīng)力波的形式沿管壁傳播。安裝在管道上的相應(yīng)傳感器檢測到應(yīng)力波，經(jīng)過處理后能確定是否有泄漏和對泄漏點定位。2.4基于模型的管道泄漏檢測方法為了提高泄漏檢測和定位的準(zhǔn)確性，用模型在線觀測管道的壓力和流量，并與壓力和流量的實測值比較來進行泄漏故障診斷，這就是模型法的基本思想。2.4.1以估計器為基礎(chǔ)的模型法以估計器為基礎(chǔ)的實時模型法是上世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的一項技術(shù)，由于管道內(nèi)流體的各物理參數(shù)都可能隨時間變化，屬于時變的非線性系統(tǒng)，因而運用估計器能較好地處理上述問題。2.4.2實時模型法管道系統(tǒng)的模型可以通過辨識得到。有人采用線性ARMA模型結(jié)構(gòu)增加某些非線性項來構(gòu)成管道的模型結(jié)構(gòu)，用辨識的方法求解模型參數(shù)，采用和估計器方法類似的原理進行檢漏和定位。但考慮溫度變化對參數(shù)的影響時定位精度不夠理想。2.4.3瞬態(tài)模型法瞬態(tài)模型法主要針對動態(tài)檢測泄漏，瞬時模擬管道運行工況，它可以提供確定管道存儲量變化的數(shù)據(jù)，為流量平衡法提供參考量。2.5管道泄漏檢測系統(tǒng)的選擇在泄漏發(fā)生時，泄漏處立即因流體物質(zhì)的損失而引起局部流體密度減小，從而導(dǎo)致瞬時壓降和速度差，這個瞬時的壓降作用在流體介質(zhì)上，就形成一個負(fù)壓波，其通過管道和介質(zhì)向泄漏點上下游以聲速傳播。設(shè)置在管道兩端的壓力傳感器檢測到壓力波信號，根據(jù)信號變化程度以及變化的時間差，利用信號相關(guān)處理方法就可以進行泄漏判定及泄漏定位。我國原油粘度較大、多數(shù)長輸管道不在中間泵站設(shè)置流量計、壓力計等特點，一種基于現(xiàn)代控制理論、信息處理的負(fù)壓波檢測法具有良好的發(fā)展前景。這種檢測法不用流量計，使用設(shè)備少，工作量小，價格便宜，檢測速度快（能在60s內(nèi)指示出泄漏的發(fā)生），定位精度高，靈敏性較好。除此之外，這種方法還具有方向性，允許使用較低的閥值，可以大大降低誤報率。2.6本章小結(jié)本章介紹了世界上常用的管道泄漏檢測方法，并且詳細的介紹了負(fù)壓波的概念以及利用負(fù)壓波進行泄漏檢測的原理，并根據(jù)此原理推導(dǎo)出了泄漏位置的數(shù)學(xué)表達式，對泄漏位置進行了準(zhǔn)確的定位。第三章基于單片機的管道的泄漏檢測與定位系統(tǒng)3.1引言系統(tǒng)功能的實現(xiàn)由硬件及軟件兩個部分作為支撐，其中硬件完成的是數(shù)據(jù)的采集以及信號的濾波，軟件則完成對信號的監(jiān)測與處理，以及工廠需要的其他功能的實現(xiàn)。本章將詳細討論系統(tǒng)的軟硬件功能及其實現(xiàn)的過程，結(jié)合圖表說明更便于理解。3.2檢測系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)與功能系統(tǒng)的硬件總體構(gòu)成如圖2所示圖2系統(tǒng)的硬件總體構(gòu)成圖系統(tǒng)硬件各部分功能如下：壓力采集部分，包括壓力變送器、信號調(diào)理器和MSP430單片機，主要實現(xiàn)對管道壓力信號的調(diào)理及采集；上位PC端泄漏檢測系統(tǒng)，用于安裝數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）、存放數(shù)據(jù)以及運行泄漏報警軟件。3.3檢測系統(tǒng)的硬件下面給出系統(tǒng)各主要功能模塊的具體實現(xiàn)過程:3.3.1信號調(diào)理模塊實現(xiàn)1.I/V轉(zhuǎn)換模塊實現(xiàn)信號調(diào)理第一步是將壓力變送器輸出的電流信號變換為電壓信號，選擇適當(dāng)?shù)木茈娮杓纯赏瓿蒊/V轉(zhuǎn)換。在第三章的集成方法研究中已經(jīng)設(shè)定先將4~20mA電流轉(zhuǎn)換到4~20mV電壓，所以此處選用1Ω的精密電阻。如圖3所示，變送器電流經(jīng)過取樣電阻后，在電阻兩端的電壓就是需要的4~20mV電壓。圖3信號轉(zhuǎn)換模塊示意圖濾波模塊實現(xiàn)本系統(tǒng)采用了自制的帶通濾波器，由于信號頻率在30Hz左右，所以通頻帶選在20~40HZ，電路圖4，經(jīng)測試可以很好的達到濾波要求。圖4濾波電路電路圖3.放大模塊實現(xiàn)(1)運放的選擇傳感器信號的放大電路一般采用集成運放來實現(xiàn)，因為運放具有阻抗高、增益大的特點。OP07是高精度低失調(diào)電壓的精密運放集成電路，對于微弱信號的放大有比較好的效果。8-pin

DIP封裝的OP07管腳如圖5。圖5OP07管腳示意圖OP07高精度運放具有極低的輸入失調(diào)電壓，極低的失調(diào)電壓溫漂，非常低的輸入噪聲電壓幅度及長期穩(wěn)定等特點，輸入阻抗50MΩ，價格低廉，這些優(yōu)良特性使它廣泛應(yīng)用于穩(wěn)定積分、比較器等電路，特別適合作前級放大器，放大微弱信號。系統(tǒng)各模塊之間的匹配通常滿足“輸入阻抗大，輸出阻抗小”的原則，OP07高輸入阻抗，高共模抑制比的特點可以很好地完成本系統(tǒng)的要求。(2)具體實現(xiàn)接收濾波后的信號先經(jīng)過兩級放大后輸出，放大電路采用電壓負(fù)反饋設(shè)計，理論上輸入阻抗無窮大，有效地去除傳感器內(nèi)阻的影響。由于若只采用一級放大電路容易導(dǎo)致信號失真，所以采用的是兩級放大電路，具體實現(xiàn)如圖6。圖6放大電路電路圖3.4系統(tǒng)軟件實現(xiàn)系統(tǒng)的軟件整體構(gòu)成如圖所示。整個軟件采用C#開發(fā)。軟件各部分功能如圖7。圖7軟件整體構(gòu)成示意圖3.4.1管道泄漏報警模塊的實現(xiàn)系統(tǒng)采用壓力下降法結(jié)合流量平衡法判斷泄漏是否發(fā)生?；谪?fù)壓波的壓力下降法具體為：系統(tǒng)每次判斷使用管道前端以及后端最近4分鐘的數(shù)據(jù)。將4分鐘數(shù)據(jù)的按時間順序分為兩部分，即前2分鐘的數(shù)據(jù)為第一部分，后兩分鐘的數(shù)據(jù)為第二部分。本系統(tǒng)提出的判漏方法為：分別測出管道前端和后端的壓力值，若連續(xù)超過閾值40次以上。如果上下游兩站在此段時間內(nèi)的壓力信號均為異常，判定為泄漏。泄露持續(xù)的若泄露的持續(xù)時間在40秒以上（讀數(shù)速度為0.01s/次），將其開始泄露和結(jié)束泄露時間記錄入數(shù)據(jù)庫，方便以后查看。3.5本章小結(jié)本章對泄漏檢測系統(tǒng)的硬、軟件實現(xiàn)做了詳細說明。硬件部分主要給出了信號調(diào)理模塊包括I/V轉(zhuǎn)換、放大和濾波模塊的具體實現(xiàn)過程。軟件部分，給出了基于負(fù)壓波法泄漏報警的實現(xiàn)過程。第四章實驗研究與分析4.1引言由于在實驗中能夠使用的管道十分短小，而滿足靈敏度需求的負(fù)壓波壓力變送器以及GPS模塊過于昂貴，考慮到本項目的實驗預(yù)算有限，所以決定取消GPS定位模塊，并且在實驗中使用函數(shù)信號發(fā)生器作為信號源代替?zhèn)鞲衅鳟a(chǎn)生數(shù)據(jù)單片機與上位機的通信進行測試，使用由學(xué)長處拿到的工業(yè)現(xiàn)場的負(fù)壓波壓力數(shù)據(jù)進行軟件測試。4.2系統(tǒng)測試與分析4.2.1系統(tǒng)運行1.登錄窗口2.系統(tǒng)整體界面歷史泄露查看第六章結(jié)論與展望6.1結(jié)論本文在通過詳細的分析負(fù)壓波原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合負(fù)壓波的特點，給出了利用負(fù)壓波進行泄漏檢測的可行性及具體實現(xiàn)的方法，并結(jié)合工廠實際，開發(fā)了具有實用價值的軟件系統(tǒng)，此軟件具有可維護性強、可擴展性好以及可更新性強等優(yōu)點，為工廠進一步實現(xiàn)自動化的管理提供了可靠的技術(shù)保證。硬件部分則采用壓力傳感器對負(fù)壓波進行采集，并采用數(shù)字濾波處理有效地濾除雜波，并對有用信號通過無線模塊進行發(fā)射和接收，是數(shù)據(jù)信息能夠?qū)崟r的傳送到監(jiān)控PC進行監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)異常則會報警提示。此外，本系統(tǒng)還加入了歷史記錄查詢功能，在授權(quán)允許的情況下可對歷史情況進行查詢，同時顯示該條記錄的記錄時間，方便了解管道的歷史運行狀況。6.2展望由于管道系統(tǒng)的復(fù)雜性以及所輸送油品的特性與周邊環(huán)境的影響，對于泄漏檢測和定位的工作還有很多值得研究的地方?？偨Y(jié)全文研究，作者認(rèn)為尚有以下工作有待進一步研究和完善：（1）本系統(tǒng)在開發(fā)的過程中由于經(jīng)費緊張未加入GPS定位系統(tǒng)，因此下一步的開發(fā)工程中將加入GPS定位，以更好地實現(xiàn)其實際應(yīng)用價值。（2）由于工業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾、輸油泵的振動等因素的存在，采集到的壓力波形序列附加有大量的噪聲，壓力變化的信號并沒有理想的突變沿，緩泄時壓力變化的幅度與噪聲或干擾信號的幅度相當(dāng)，乃至被其完全淹沒。因此，負(fù)壓波法能否成功應(yīng)用，關(guān)鍵問題之一是能準(zhǔn)確捕捉到泄漏時信號的突變點。在下一步的研究中，可以采用小波變換技術(shù)來解決這一問題。參考文獻[1]M.S.Yoonetal.LeakDetectionPerformanceSpecification[J].PipelineEngineering.ASME1991,34:21~26[2]陳華波,涂亞慶.輸油管道泄漏檢測方法綜述[J].管道技術(shù)與設(shè)備,2000,(1):38~41[3]夏海波,張來斌,王朝輝.國內(nèi)外油氣管道泄漏檢測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].油氣儲運,2001,20(1):1~5[4]JohnGodfrey.Colonialusesriskassessmenttoenhancesystemintegrity[J].Pipeline&GasIndustry,2001,6:49-51[5]CHETSANDBERG..TheApplicationofaContinuousLeakDetectionSystemtoPipelineandAssociatedEquipments[J].IEEEtransactiononindustryapplication.1989,25(5):906~909[6]M.Nagatetal.SensitiveLiquidSensorforLongDistanceLeakDetection[J].SPIE,1367[7]D.P.Saini,S.L.Coulter.FiberSensorsSniffoutEnvironmentalPollutants[J].Photonicsspectra.1996:5,91~94[8]EllulI.R.AdvancesinPipelineLeakDetectionTechniques[J].PipesandPipelinesInternational,1989,34(3):7~12[9]FurnessR.A.ModernPipelineMonitoringTechniques[J].PipelinesInternational,1985,30(5)[10]3RsReportP,StaffGJ.SubseaLeakDetector[J].PipelineandGasJournal,1987,214(6):36-37[11]SiebertH.ASimpleMethodforDetectingandLocatingSmallLeaksinGaspipelines.ProcessAutomation,1981,90~95[12]趙學(xué)智,林穎,陳文戈,陳統(tǒng)堅,葉邦彥.奇異性信號檢測時小波基的選擇[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2000,28(10):75~79[13]田巖巖,齊國清.基于小波變換模極大值的邊緣檢測方法[J].大連海事大學(xué)學(xué)報,2007,33(1)102~105[14]陳任文.小波變換在輸油管道泄油實時監(jiān)測中的應(yīng)用[J].儀器儀表學(xué)報,2005,3,26(3)[15]夏海波,張來斌等.小波分析在管道泄漏信號識別中的應(yīng)用[J].石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2003,27(2)[16]王海生,張布悅.輸油管道實時泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J].油氣儲運,2001,20(12):17~22[17]王立寧,靳世久等.熱輸原油管道瞬態(tài)壓力波法泄漏點定位研究[J].石油學(xué)報,2002,1(4):93~96[18]任建偉等.小波奇異性分析在輸油管道泄漏中的應(yīng)用[J].計算機測量與控制,2006,14(7):855~857[19]YeH,WangGZ,FangCZ.Applicationofwavelettransformtoleakdetectionandlocationintransportpipelines[J].EngineeringSimulation,1996,13:1025~1032[20]T.Kiuchi.ALeakLocalizationMethodofPipelinebyMeansofFluidTransientModel[J].JournalofEnergyResources,1993,9,162~167[21]VancelliJ.LindseyTP.Real-timeModelingandApplicationsinPipeline[J].MeasurementandControl,IEEEPetroleumandChemicalIndustryConference,Chicago,Illinois,1981[22]AndyWike.SCADA-BasedLeakDetectionSystem[J].PipelineandGasJournal,1986,213(6):20[23]ToshioFukuda.LeakDetectionanditsLocationinaPipelineSystem[J].ProceedingsofIMEKOSymposiumonFlowMeasurementandControlinIndustry,1979,11,193~198[24]DigernesT.RealTimeFailureDetectionandIdentificationAppliedtoSupervisionofOilTransportinPipelines[J].ModelingIdentificationandControl,1980,1(1)[25]陶洛文,方崇智等.以辨識為基礎(chǔ)的長輸管線故障定位[J].清華大學(xué)學(xué)報,1986,26(2):69~75[26]靳世久,唐秀家等.原油管道泄漏檢測與定位[J].儀器儀表學(xué)報,1997,18(4):343~348[27]吳愛國,何信.油氣長輸管道SCADA系統(tǒng)技術(shù)綜述[J].油氣儲運,2000,19(3):43~46[28]劉延林.SCADA系統(tǒng)在輸油管道中的應(yīng)用[J].自動化儀表,1997,18(1):20~23[29]M.Santori.AnInstrumentThatIsNotReally[J].IEEESpectrum,1990,27(8),65~70[30]李莊,王立坤等.基于虛擬儀器的原油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)[J].電子質(zhì)量,2001,(8):21~25[31]梁鴻生,周軍偉,李玉軍,張黎春.基于虛擬儀器的輸油管道泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)的實現(xiàn)[J].計算機測量與控制,2005,13(5):415~433[32]李敬國,蔣耘晨,吳海霞.輸油管道泄漏檢測定位系統(tǒng)的實現(xiàn)[J].計算機測量與控制,2004,12(3):208~213致謝在論文即將完成之際，我要向在整個課題的研究過程中幫助過我的人表示最由衷的感謝！首先，我要感謝我們的指導(dǎo)老師曹晰老師，在整個研究及論文的撰寫過程中，曹老師給與了我們悉心的指導(dǎo)與關(guān)懷，曹老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，博學(xué)的知識，平易近人的性格，活躍開闊的學(xué)術(shù)思想都給我留下了深刻的印象，并將在我以后的科研和工作道路上產(chǎn)生深遠的影響，將一直鞭策我勇攀科學(xué)的高峰，不斷進取。在此，謹(jǐn)向曹老師表示深深的敬意和由衷的感謝！再者，我要感謝一直給與我們建議與指導(dǎo)的魏炯明師兄，感謝你為我們做的所有培訓(xùn)與指導(dǎo)，以及在整個過程中給與我們的關(guān)心，是你給了我們寶貴的經(jīng)驗與堅持不懈的勇氣。你嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S，科學(xué)認(rèn)真的態(tài)度，幽默風(fēng)趣的性格，一絲不茍的作風(fēng)給我留下了深刻的印象，并將一直激勵著我前行，在科學(xué)的道路上不斷進步。在此，謹(jǐn)向為炯明學(xué)長表示深深的敬意和由衷的感謝！其次，我要感謝我的輔導(dǎo)員郭鑫老師，他不斷的給予我們鼓勵和支持，并在進度上嚴(yán)格要求我們，為我們?nèi)缙谕瓿裳芯康於嘶A(chǔ)。在此，謹(jǐn)向郭鑫老師表示深深的敬意與由衷的感謝！感謝培養(yǎng)我兩年的北京化工大學(xué)！感謝所有關(guān)心和愛護我的親人、同學(xué)和朋友們！你們的支持是我前進的永恒動力！最后，感謝在百忙之中評審本論文的各位老師，你們的意見和建議將是極其寶貴的。附錄一：小波變換技術(shù)1.小波變換為了克服短時傅立葉變換的單一分辨率缺陷，人們發(fā)展了小波變換理論。小波變換繼承了短時傅立葉變換的局部化思想，并且克服了其窗口大小和形狀固定不變的缺點。它不但可以同時從時域和頻域觀測信號的局部特征，而且時間分辨率和頻率分辨率是可以變化的，是一種比較理想的信號處理方法。設(shè)是平方可積函數(shù)，是被稱為基本小波或母小波的函數(shù)。連續(xù)小波變換（CWT）的定義為是基本小波的位移和尺度伸縮，(2-5)中不但t是連續(xù)變量，而且和b也是連續(xù)變量，因此稱為連續(xù)小波變換。如果要對信號重構(gòu)，則必須滿足允許條件 在滿足允許條件時反變換存在小波函數(shù)的時域分辯率為at，頻域分辯率為，其乘積與a無關(guān)，這說明也遵循不確定原理。但是，其特點是品質(zhì)因數(shù)為常數(shù)，即雖然不能同時獲得高的時域或頻域分辨率，但分辨率是隨尺度a變化的，即能夠?qū)崿F(xiàn)高頻的頻率分辨率低，低頻的頻率分辨率高，這是做信號處理所希望的。詳細來說，當(dāng)a值小時，時間軸上觀察范圍小，而在頻域上相當(dāng)于用較高頻率做分辨率較高的分析，即用高頻小波作細致觀察；當(dāng)a值較大時，時間軸上考查范圍大，而在頻域上相當(dāng)于用低頻小波作概貌觀察。在各分析頻段內(nèi)分析的品質(zhì)因數(shù)Q保持一致。2.離散化小波變換和二進小波變換從數(shù)值計算的可行性以及理論分析的簡便性考慮，必須對小波進行離散化處理。需要明確指出的是，所謂的離散化僅僅是對尺度因子a和位移因子b的離散化，對時間變量t并沒有離散化，因此，本文稱其為尺度及位移離散化的小波變換。尺度及位移離散化的小波變換是將小波基函數(shù)的限定在離散點上取值。一種最通常的離散方法就是將尺度按冪級數(shù)進行離散化，即?。檎麛?shù)，，一般?。?。則任意函數(shù)的離散小波變換為相對于連續(xù)小波變換，尺度與位移均離散化的小波變換減少了小波變換系數(shù)的冗余度，但它不具有時移不變性。對于尺度及位移均離散變化的小波序列，若取離散柵格的，即相當(dāng)于連續(xù)小波只在尺度上進行了二進制離散，而位移仍取連續(xù)變化，這類小波稱為為二進小波，表示為二進小波變換是連續(xù)小波變換和離散小波變換的折中。連續(xù)小波變換是尺度——時間平面上的連續(xù)函數(shù)，它們之間存在很大的相關(guān)性，小波變換系數(shù)存在冗余度。同離散小波相比，二進制小波變換由于只是對尺度參數(shù)進行了離散化，而平移參數(shù)仍保持連續(xù)變化，在各個尺度下小波變換仍為連續(xù)函數(shù)，因此，二進小波變換是一種超完備的表達，從而對小波函數(shù)的要求大大降低。又由于它具有平移不變性，因而在管道泄漏信號奇異點檢測中具有重要的應(yīng)用。附錄二：數(shù)據(jù)庫設(shè)計圖附錄三：泄漏檢測算法statusChart1.Value=value;statusChart2.Value=value1;if(Convert.ToDouble(b[count])<ThresholdValue.Threshold){label4.ForeColor=Color.Red;if(timesFront>=10*(countXLFront+1)){statusChart1.ForeColor=Color.Yellow;countXLFront+=1;}if(countXLFront>=10){flag1=1;}elsetimesFront++;}else{if(timesFront>=0)timesFront--;if(timesFront<=10){statusChart1.ForeColor=Color.Green;label4.ForeColor=Color.Green;countXLFront=0;}}if(Convert.ToDouble(b[count])<ThresholdValue.Threshold){label10.ForeColor=Color.Red;if(timesBack>=10*(countXLBack+1)){statusChart2.ForeColor=Color.Yellow;label2.ForeColor=Color.Yellow;countXLBack+=1;}if(countXLBack>=10){flag2=1;}elsetimesBack++;}else{if(timesBack>=0)timesBack--;if(timesBack<=10){statusChart2.ForeColor=Color.Green;label10.ForeColor=Color.Green;countXLBack=0;}}if(flag1==1&&flag2==1){statusChart1.ForeColor=Color.Red;statusChart2.ForeColor=Color.Red;label2.Text="管道已經(jīng)泄漏";label2.ForeColor=Color.Red;if(flag!=1)xlInformation.XlTime=DateTime.Now;}if(flag==1){TimeSpants2=newTimeSpan(xlInformation.XlTime.Ticks);TimeSpants1=newTimeSpan(DateTime.Now.Ticks);TimeSpants=ts1.Subtract(ts2).Duration();intminite,hour,second;minite=ts.Minutes;hour=ts.Hours;second=ts.Seconds;if(second>=40||hour>=1||minite>=1){xlInformation.HfTime=DateTime.Now;xlInformationBiz.InsertXlInformation(xlInformation);xlInformation=newXlInformation();}flag=0;}count++;}

附錄四：msp430無線通信驅(qū)動#include<msp430x14x.h>//============================================================================#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineuclongunsignedlong//==================TXEN，TRX_CE，PWR_0為收發(fā)模式控制端口======================#defineTXEN_0P4OUT&=~BIT0//輸出0#defineTXEN_1P4OUT|=BIT0//輸出1//============================================================================#defineTRX_CE_0P4OUT&=~BIT1#defineTRX_CE_1P4OUT|=BIT1//============================================================================#definePWR_0P4OUT&=~BIT2#definePWR_1P4OUT|=BIT2//===================================主入從出=================================#defineMISO_0P5OUT&=~BIT2#defineMISO_1P5OUT|=BIT2//==================================主出從入==================================#defineMOSI_0P5OUT&=~BIT1#defineMOSI_1P5OUT|=BIT1//===================================SPI時鐘端口==============================#defineSCK_0P5OUT&=~BIT3#defineSCK_1P5OUT|=BIT3//===================================SPI使能端口==============================#defineCSN_0P5OUT&=~BIT0#defineCSN_1P5OUT|=BIT0//==================================以下為狀態(tài)端口============================//===========================AM地址匹配=====================================#defineAM_0P4OUT&=~BIT5#defineAM_1P4OUT|=BIT5//=================================DR數(shù)據(jù)接收狀態(tài)============================#defineDR_0P4OUT&=~BIT6#defineDR_1P4OUT|=BIT6//=====================================CD載波偵聽狀態(tài)========================#defineCD_0P4OUT&=~BIT4#defineCD_1P4OUT|=BIT4//============================================================================#defineLED1_0P2OUT&=~BIT1//輸出0#defineLED1_1P2OUT|=BIT1//輸出1#defineLED2_0P2OUT&=~BIT2//輸出0#defineLED2_1P2OUT|=BIT2//輸出1//===========================NRF905:SPI指令===================================#defineWC 0x00#defineRC 0x10#defineWTP 0x20#defineRTP 0x21#defineWTA 0x22#defineRTA 0x23#defineRRP 0x24//==========================收發(fā)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)====================================#defineTxRxBuf_Len32unsignedcharTxRxBuf[TxRxBuf_Len];//==========================NRF905：10寄存器配置==============================unsignedcharRFConf[11]={WC,//SPI寫操作命令0x4c,//CH_NO,配置頻段在430MHZ0x0C,//輸出功率為10db,不重發(fā)，節(jié)電為正常模式0x44,//地址寬度設(shè)置，為4字節(jié)0x20,0x20,//接收發(fā)送有效數(shù)據(jù)長度為32字節(jié)0xCC,0xCC,0xCC,0xCC,//接收地址0x58,//CRC充許，8位CRC校驗，外部時鐘信號不使能，16M晶振};charTxAddress[4]={0xcc,0xcc,0xcc,0xcc};charDATA_BUF;/*****************************************************************************系統(tǒng)初始化*****************************************************************************/voidInitSys(){unsignedintiq0;_DINT();BCSCTL1&=~XT2OFF;do{IFG1&=~OFIFG; //清除振蕩器失效標(biāo)志for(iq0=0xFF;iq0>0;iq0--); //延時，等待XT2起振}while((IFG1&OFIFG)!=0); //判斷XT2是否起振 BCSCTL2=SELM1+SELS;//MCLK,SMCLK時鐘為XT2 }//============================================================================//===========================初始化nRF905=====================================voidnRF905_IO_set(void){P4DIR|=0x07;P4DIR&=0x57;P4SEL&=0x84;P2DIR|=0x07;P2DIR&=0x8F;P2SEL&=0x84;P5DIR|=0xC0;P5DIR|=0xFB;P5SEL&=0xF0;CSN_1; //Spi disable SCK_0; //Spiclocklineinitlow PWR_1; //nRF905poweron TRX_CE_0; //SetnRF905instandbymode TXEN_0; //setradioinRxmode}//==============================================================================voidIO_set(void){//P6DIR|=BIT2;P6OUT|=BIT2;//關(guān)閉電平轉(zhuǎn)換}//==========================延時==============================================voidDelay(ucharn){ uinti; while(n--) for(i=0;i<80;i++);}//=========================NRF905SPI讀函數(shù)（IO模擬SPI時序）==================unsignedcharSpiRead(void){ unsignedchari; for(i=0;i<8;i++) { DATA_BUF=DATA_BUF<<1; SCK_1; if((P5IN&0x04)) //讀取最高位，保存至最末尾，通過左移位完成整個字節(jié) { DATA_BUF|=0x01; } else { DATA_BUF&=~(0x01); } SCK_0; } returnDATA_BUF;}//=========================NRF905SPI讀寫函數(shù)（IO模擬SPI時序）==================voidSpiWrite(unsignedcharsend){ unsignedchari; DATA_BUF=send; for(i=0;i<8;i++) { if(((DATA_BUF&0x80)!=0)) //總是發(fā)送最高位{ MOSI_1; } else { MOSI_0; } SCK_1; DATA_BUF=DATA_BUF<<1; SCK_0; }}//==================================初始化NRF905==============================voidConfig905(void){ uchari; CSN_0; //Spienableforwriteaspicommand for(i=0;i<11;i++) //Writeconfigrationwords寫放配置字 { SpiWrite(RFConf[i]); } CSN_1; //關(guān)閉SPI}//=========================NRF905裝載地址+數(shù)據(jù)打包+數(shù)據(jù)發(fā)送===================voidTxPacket(void){ uchari; CSN_0; SpiWrite(WTP); //待發(fā)數(shù)據(jù)裝載命令 for(i=0;i<32;i++) { SpiWrite(TxRxBuf[i]); } CSN_1;//關(guān)閉SPI Delay(1); CSN_0; //打開SPI SpiWrite(WTA); //寫入地址要和接收方地址一樣 for(i=0;i<4;i++) //4字節(jié)地址 { SpiWrite(TxAddress[i]); } CSN_1; //關(guān)閉SPI TRX_CE_1; //SetTRX_CEhigh,startTxdatatransmission Delay(1); //while(DR!=1); TRX_CE_0; //SetTRX_CElow}//==================================發(fā)送模式初始化-===========================voidSetTxMode(void){ TRX_CE_0; TXEN_1; Delay(1); //Delayformodechange(>=650us)}//==================================數(shù)據(jù)發(fā)送==================================voidTX(void){SetTxMode(); TxPacket();}//=========DR檢測,當(dāng)收到數(shù)據(jù)后DR置1，當(dāng)把數(shù)據(jù)讀出來后DR清0===================unsignedcharCheckDR(void) //檢查是否有新數(shù)據(jù)傳入DataReady{ if((P2IN&0x40)) { return1; } else { return0; }}voidSetRxMode(void){ TXEN_0; TRX_CE_1; Delay(1); //delayformodechange(>=650us)}//=================================數(shù)據(jù)接收===================================voidRxPacket(void) {chari;Delay(1);Delay(100);TRX_CE_0;CSN_0; //SPI使能（Spienableforwriteaspicommand）Delay(1);SpiWrite(RRP);//讀SPI數(shù)據(jù)命令（Readpayloadcom