超聲波流量計在管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)中的應用

任務調(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)的多任務性，實現(xiàn)程序?qū)φ麄€系統(tǒng)任務進行調(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行準確快速地采集，保證后續(xù)數(shù)據(jù)處理的實時性和準確性。

數(shù)據(jù)傳輸模塊利用VXD技術編程實現(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強大的圖形顯示功能實時給出混沌振子的間歇混沌圖像和信號處理結(jié)果，并可完成實時輸出。

日志數(shù)據(jù)庫模塊完成數(shù)據(jù)的動態(tài)更新和復雜的查詢?nèi)蝿?，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進行配置數(shù)據(jù)庫、設置數(shù)據(jù)源，實現(xiàn)本系統(tǒng)的對數(shù)據(jù)庫訪問的實時高效的功能。另外，為了保證數(shù)據(jù)傳輸準確快速地進行，數(shù)據(jù)通訊軟件的設計具有多級的數(shù)據(jù)糾錯和數(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系統(tǒng)軟件的重要部分。它主要包括兩個部分的內(nèi)容：信號預制的實現(xiàn)和混沌振子的實現(xiàn)。

信號預制的過程是指在信號進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用于微弱超聲信號的測量，而由于不同的實驗可能采用的超聲發(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。又因為發(fā)射信號頻率的已知性，故而很容易經(jīng)過判斷后將頻率進行壓縮。混沌振子的實現(xiàn)包括單個振子的實現(xiàn)和時間尺度變換算法的實現(xiàn)。

用四階龍格一庫塔法求解，計算公式為(h為算法步長)：

時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。

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

6 結(jié)語

結(jié)合管道輸送的實際情況，針對原油管道泄漏監(jiān)測技術及其運行監(jiān)測系統(tǒng)進行了深入的研究，利用超聲波流量計，依據(jù)流體的流量與超聲波流量計傳播速度之間的關系，對管道流量進行實時連續(xù)監(jiān)測。充分發(fā)揮計算機網(wǎng)絡的優(yōu)勢，建立管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，以達到及時發(fā)現(xiàn)泄漏，并準確地確定其位置的目的。