[发明专利]一种基于自适应滤波器的管道泄漏定位装置

权利要求书

1.一种基于自适应滤波器的管道泄漏定位装置，其特征在于，所述装置包括：设置在管道泄漏源两端的两个传感器、信号采集卡、信号特征分析模块、LMS滤波器以及泄漏定位模块；

所述信号采集卡，用于采集两个传感器的信号，然后分别发送至信号特征分析模块和LMS自适应滤波器；

所述信号特征分析模块，用于对采集的信号进行时频域分析，计算信号的相关参数，由此选择LMS滤波器的重数；

所述LMS滤波器，用于计算两路传感器信号的时间延迟；

所述泄漏定位模块，用于通过获得的时间延迟计算泄漏源的位置；

所述信号特征分析模块包括：参数计算单元和重数确定单元；

所述参数计算单元，用于对采集的信号进行时、频域分析，计算信号的相关参数，所述相关参数包括：信号的能量、信噪比、自功率谱、互功率谱和相关系数；所述信噪比SNR的计算公式如下：

所述相关系数ρ的计算公式如下：

其中，P_signal、P_noise分别表示信号和噪声的功率s₁(t)和s₂(t)分别为两个传感器采集的信号；是s₁(t)和s₂(t)的互相关函数，max表示取最大值，和分别表示s₁(t)和s₂(t)在时间延时τ＝0时刻的自相关函数值；

所述重数确定单元，用于根据下述准则确定LMS滤波器的重数：

当信噪比10dB或相关系数0.8，选择单重LMS滤波器；

当-10dB信噪比10dB或0.5相关系数0.8，选择双重LMS滤波器；

当信噪比-10dB或相关系数0.5，选择多重LMS滤波器，所述多重为三重或三重以上；并且每重滤波器之间需要进行信号平滑处理。

2.根据权利要求1所述的基于自适应滤波器的管道泄漏定位装置，其特征在于，所述传感器为非侵入式的加速度传感器或振动传感器，安装在管道外壁面。

3.根据权利要求1所述的基于自适应滤波器的管道泄漏定位装置，其特征在于，所述传感器为侵入式的水听器或压力变送器，安装到管道内部。

4.根据权利要求2或3所述的基于自适应滤波器的管道泄漏定位装置，其特征在于，在每个传感器和信号采集卡之间设置一个前置放大器，所述前置放大器为放大倍数介于10-20dB之间的金属管道前置放大器。

5.根据权利要求2或3所述的基于自适应滤波器的管道泄漏定位装置，其特征在于，在每个传感器和信号采集卡之间设置一个前置放大器，所述前置放大器为放大倍数介于20-40dB的塑料管道前置放大器。

6.根据权利要求1所述的基于自适应滤波器的管道泄漏定位装置，其特征在于，在信号采集卡和LMS滤波器之间设置低通数字滤波器，用于滤除信号中包括的高频电磁和机械噪声。

7.根据权利要求1所述的基于自适应滤波器的管道泄漏定位装置，其特征在于，所述单重LMS滤波器包括：第一LMS自适应滤波器和第二LMS自适应滤波器；

以s₁(t)作为输入信号、s₂(t)作为期望响应，输入到第一LMS自适应滤波器，输出滤波器系数向量h₁(t)；以s₂(t)作为输入信号、s₁(t)作为期望响应，输入到第二LMS自适应滤波器，则输出滤波器系数向量h₂(t)；

求取h₁(t)和h₂(t)最大值max[h₁(t)]和max[h₂(t)]所对应的时延，即和则第一重LMS滤波器计算得到的时延τ₁如下：

则时延τ＝τ₁。