信号与系统课程设计报告-管道泄漏检测定位应用中的信号分析与处理

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1、 信号与系统信号与系统课程设计报告课程设计报告 管道泄漏检测定位应用中的信号分析与处理管道泄漏检测定位应用中的信号分析与处理 学院： 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 本小组其他成员： 一、一、 摘摘要要 管道泄漏时，泄漏点将会产生振动，出现声音信号。 通过对两个采样器采集到的振动信号进行时域和频域的分析，使用巴特沃兹 高通滤波器，滤掉低频（50Hz）噪声信号。采用互相关函数找到两个采样器接 收信号的时间差，根据声音在管道中的速度，求出管道泄漏点的位置。利用 MATLAB 实现以上功能。 关键字：时频域分析、巴特沃兹高通滤波器、互相关函数 二二、设计原理及要求设计原理及要求 【管道泄漏检测原

2、理】 已知：某学校有段自来水管道泄漏，该管道为铸铁管道，管径为250mm。在 管道两端接头处分别放置一个传感器及采集模块进行采集管道振动数据进行分 析处理，得到漏点位置。已知两个采集器的采样率均为10KHz，测试点之间的管 道总长度L=100m，水声在管径为250mm铸铁管道中的传播速度v=1.250m/ms。试 图采用互相关方法对泄漏信号进行分析得到漏点位置，检测与定位原理如图1： 图1 管道泄漏检测与定位原理 注： L1, L2 = 漏点位置离传感器1、2的距离; L = 两传感器间的管道长度; v = 泄漏噪声在管道内的传播速度; D = 泄漏声信号到达两传感器的时间差. 泄漏点定位公式

3、： L1 L vDL1 12 埋 地 管 道 消 防 栓 传 感 器 采 集 器 1地 面 传 感 器 采 集 器 2 L2 v 2 1 vDL L 2 2 vDL L 【设计要求】 1）对两端采集的数据分别进行时频域分析； 2）对两端采集的数据进行互相关运算，计算两路信号的相对延迟时间，并 根据已给的两传感器间隔距离及水声沿管道传播速度计算泄漏点位置。 【设计步骤及提示】 通过 MATLAB 的函数 load ()可以读入两个.txt 格式的数据文件， 并将该文件 保存到指定的数组中。例如下面的语句（更详细的命令介绍可以自己查阅 MATLAB 的帮助）中，将.txt 读入后分别存放到矩阵 y

4、1 和 y2 中。 y1 = load( D:MATLABR2006aworkS y2 = load( D:MATLABR2006aworkS 1. 对泄漏信号进行时频域分析。要求编写一个简单的函数文件 SignalTF.m，它 具有如下性质：a、函数实现对信号进行快速傅里叶变换(FFT)；b、绘制时域 波形与频谱图。要求图形中坐标标注齐全：1）时域波形坐标标注为 Time（s） Amplitude（v） ，标题为“waveform”2）频谱图坐标标注为 Frequency（Hz） Magnitude（v/Hz） （即，横坐标标注为 Frequency（Hz） ，纵坐标标注为 Magnitude） ，标题为“Frequency spectrum” 。找到泄漏信号的主要频谱成分所 在的频带，验证为何检漏系统可以对泄漏信号采用 10KHz的采样速率，并指 出最低的采样频率是多少。 2. 利用MATLAB函数库中函数设计butterworth高通滤波器 （见M