基于小波理论的漏磁检测的噪声消除

　　输油、输气管线的腐蚀和缺损将带来巨大的经济损失和环境污染,尤其是当前我国正在进行的长达4 000公里耗资将近200亿美元的“西气东送”项目和即将进行的“中俄石油管道”项目,使得我国拥有自主知识产权的管道检测装置显得犹为紧迫.由国家863计划资助的“海底管道内爬行器及其检测技术课题”便是在这样的背景下产生的,主要研究设计如何同时利用漏磁检测和超声检测的原理对管道破损情况进行检测.本文仅对漏磁检测信号中的噪声消除用小波理论进行了研究.

　　1　漏磁法检测管道的原理

　　漏磁法检测是近年来对输油输气管道进行无损检测的一种有效方式[1],它利用油压差或者引导头拖动检测装置和存储器件等在管道内部爬行来确定管道缺损的位置和情况,再经过一定的数据分析和处理从而帮助工程人员修复管道,其整个装置通常被称为“智能猪”,它的检测原理如图1所示[2].当检测器在管内行走时,如果管壁没有缺陷,则磁力线闭合于管壁之内;如果管道有缺陷,则磁力线将穿出管壁而产生漏磁.漏磁场被检测装置的传感器检测到后经滤波、放大处理被记录到检测装置的存储器中,再经过对数据的分析和处理,从而对管道的状况进行判别[3].

　　对于漏磁法检测来说,其噪声来源包括海底管道本身含有杂质引起的噪声和系统噪声.对于杂质引起的噪声,其信号的形状与幅值与缺陷信号相似,在系统分析中,认为它们彼此相关,我们采用以下方法在“智能猪”数采部分的DSP芯片中编程将它们去除.

　　在DSP芯片中主要设计一个自适应滤波系统:假设两路输入分别采用固定间距的传感器输出信号,其中一路可认为是系统噪声,另一路信号为包含噪声的信号输入,采用最小均方差值的算法,其结构示意图如图2所示.

　　图2中,S2=s2+n2,S1=n1,在这里假定噪声n1与n2高度自相关,而与信号s2不相关,采用自适应滤波使得Y最接近于n2,这时误差e最小,而由于e=S2-Y,所以得到e是信号的最佳接近值.但是对于系统噪声,它们主要是一些高频成分,如智能猪动力装置产生的噪声和海底不明物及空间电磁场耦合产生的噪声等,我们只能在数据信号传输到上位机后进行处理.消除这些噪声,对于漏磁法检测置关重要.

　　2　小波分析在漏磁检测中的应用

　　小波分析基本思想是使用一族小波基函数去表示和逼近一信号,同时利用信号与噪声在时域和频域内的差别,从而分离开测试信号和噪声信号[4].对于连续情况,小波序列一般为

　　由此可知,随着尺度的增加,白噪声的小波谱将逐渐消失,而真实信号的小波变换在大尺度上仍有清楚表现.由于噪声在不同尺度上的小波变换是高度不相关的,其能量随尺度的增大迅速减小,而信号的小波变换则一般具有很强的相关性并且在较小的若干个尺度上,信号的小波变换随尺度的增大幅值不会减小,从而可以找出属于真实信号的部分,然后以此为根据来重建信号,可以有效地消除背景噪声.