抗交串自适应噪声对消系统在管道相关检漏技术的应用

　　1　引言

　　运用相关辨识技术,对管道进行泄漏检测和漏点定位,是一项较为成熟的检漏技术。它综合了信号检测、处理、传输和微机应用等技术,其应用取得了十分可观的经济效益。国外市场上的商品化仪器产品,已被广泛应用于工业水流管道及其它管道,但该类仪器在实际使用中仍然存在局限性[1]。相关技术对于相关噪声的忽略,可能在相关曲线中形成虚假的峰值,导致漏检和误检,特别是在噪声强度较大的情况下。所以,对噪声进行有效的处理,改善相关检漏仪器的性能,有重要意义。本文的研究重点在于:如何针对管道的泄漏信号这一具体实例,选择一种简洁、稳定、高精度的消噪算法;并且算法的适应性要强,能适应各种不同的外环境。

　　2　管道相关检漏技术中存在的问题

　　管道相关检漏技术通过对泄漏引发的振动信号的处理来完成检漏工作,它的工作原理如图1。测试点A、B接受的就是泄漏点发出的振动音,是持续稳定信号。假设从测试点A取得的实测样本函数为A(t),从测试点B取得的实测样本函数为B(t):

　　其中NA(t)和NB(t)分别为A、B两点的背景噪音。未发生泄漏时,A(t)和B(t)两个信号的互相关函数维持于某一值附近;一旦泄漏发生,RAB()也随之发生变化。若S0时刻RAB()达到最大值,即RAB(0)=Max[RAB()]时,可以得到漏点定位公式:

　　v为应力波在管道中的传播速度,0也就是应力波分别传到两个测试点的时间差,其值可以从相关函数的峰值求得。通过相关技术分离出有用的信号的推导公式如下:

　　如果认为噪声信号NA(t)和NB(t)完全不相关,那么泄漏信号得以分离出来,即:

　　但是,管道泄漏引起的声音信号中,常混有多种噪声,包括测试点周围的环境噪声和管道中流体的不稳定流动形成的噪声。在相关检漏仪的检测范围内,NA(t)和NB(t)既可能来自独立噪声源,也可能来自公共噪声源(相关噪声)。尤其是在强环境噪声的背景下,有公共噪声源存在且强度较大时,(5)式中的第二项是不能忽略的。因为一旦忽略,在相关曲线中可能形成虚假的峰值,导致漏检和误检。

　　3　自适应噪声对消系统(ANC)

　　自适应噪声对消系统是自适应信号处理的一种形式,它从原理上来讲是一种全新的滤波器结构,即用噪声对消的方法来消除混入有用信号中的观察噪声,达到滤波的目的。系统原理如图2所示,信号输入端是有用信号和噪声之和,而参考输入端只有噪声。该系统能把和信号混杂在一起的噪声成分有效地进行对消,从而大大地改善了信噪比,并且对信号不引入畸变。但在管道相关检漏系统中,单独拾取噪声信号不容易做到,而且参考输入端又极易串入有用信号,影响消噪性能。由此,我们引入了抗交串自适应噪声对消系统(CTRANC),直接利用A、B测试点所拾取的信号来消除噪声的影响。