[发明专利]基于VMD-PSE的压力管道多点泄漏定位方法

说明书

本发明提供一种基于VMD‑PSE的压力管道多点泄漏定位方法，利用变分模态分解与功率谱熵相结合，将功率谱熵引入，对泄漏信号的低频区与高频区进行区分，弥补变分模态分解在高频区域信号分离不理想的缺点，对信号高低频域进行有效的处理，获取更多的有效的泄漏信息；并通过奇异值分解提取特征值对源信号进行估计，结合盲源分离方法分离出各源泄漏信号；最后利用互时频分析方法提取各源泄漏信号的时延，实现管道多点泄漏的精确定位。

技术领域

本发明涉及管道泄漏检测定位技术领域，特别是涉及一种基于VMD-PSE的压力管道多点泄漏定位方法。

背景技术

随着城市化建设速度的不断加快，城市埋地油气管道规模越来越大。管道在长期使用中，因受内外腐蚀等多种因素影响，导致管壁减薄或破裂而发生泄漏，尤其是早期发生的微小泄漏，因泄漏量微小而不易被察觉，难以被在线监测系统捕捉，具有较大的隐蔽性。

由于管道多点泄漏源不仅受到非泄漏信号的干扰，且泄漏源之间的信号相互影响，会导致其对多点泄漏的定位误差较大，加上环境噪声等因素影响，给多点泄漏源的精确定位带来困难。以此所提出的该方法能够有效解决管道多点泄漏源信号受噪声以及非泄漏信号等干扰信号与因混合而导致各源信号难以提取的问题，造成管道各泄漏源信号相应延时信息难以提取，定位不准确。

变分模态分解(VMD)是由Dragomiretskiy等在2014年，提出一种自适应信号处理新方法，相较于经验模态分解、局部均值分解方法等，它能够消除模态混叠的状态。因此该方法一经提出，便在不同的领域得到了应用，有许多文献指出该方法更够准确提取特征信息。

以往在利用变分模态分解的分量提取中都忽略了对分量高低频区的划分，且变分模态分解方法在信号高频区分离较差，不易将高频信号中的高频噪声信号分离，导致高频噪声信号去除不理想。而管道泄漏声发射信号属于低频信号，虽然对于高频信号可以直接剔除，但是容易去除掉信号中的有效信息，因此可将管道泄漏声发射信号划分为低频区与高频区，对高频区域的信号进行去噪处理，再进行信号重构，由此可以得到有效的泄漏信号。

功率谱熵能够表达信号功率谱中各频率分量分布的集中程度。当频率分量强度分布越均匀，功率谱熵值最大，表明该信号混合程度大，反之当频率分布集中于少数频点的功率谱，其功率谱熵越小，该信号混合程度小。功率谱熵在信号频率上表达上更为突出，因此可以将功率谱上引入变分模态分解信号提取中，利用功率谱熵对泄漏信号的进行低频区与高频区信号的划分。而在以往的功率谱熵仅应用于信号的特征识别中，以此作为特征量进行有效的信号提取，还未应用于信号的高低频区域中的区分中。将管道泄漏信号进行高低频区域信号的划分，能够有针对性的对高低频区域信号进行处理，实现管道泄漏声发射信号的有效提取。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服管道多点泄漏有效信号难以提取的问题，实现有效泄漏信号的提取与多点泄漏的精确定位。本发明的目的在于提供本发明提供一种基于VMD-PSE的压力管道多点泄漏定位方法，既能准确找到被测管段上单个泄漏源的位置，也能实现被测管段上同时有3个泄漏源的定位计算。

本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种基于VMD-PSE的压力管道多点泄漏定位方法，包括以下步骤：

步骤1：在被测管道两端设置两个声发射传感器，在两个传感器之间的管道上存在1-3个泄漏点，利用两声发射传感器采集泄漏信号，得到的泄漏信号分别为上游泄漏信号X₁(t)，下游泄漏信号X₂(t)。

步骤2：利用变分模态分解(VMD)处理泄漏信号得到若干个IMF分量，结合功率谱熵将泄漏信号分成低频区信号D(t)与高频区信号G(t)，并对高频区信号G(t)进行双树复小波变换进行去噪处理，得到去噪后的高频区信号G′(t)；功率谱熵对变分模态分量进行处理的过程如下：

步骤2.1：对上游泄漏信号X₁(t)，利用VMD分解成k个固有模态函数分量，