管道脈沖超聲回波信號壓縮采樣方法研究.pdf

1、管道運(yùn)輸是隨著石油和天然氣產(chǎn)量的增長而發(fā)展起來的，具有運(yùn)輸量大、運(yùn)輸工程量小、可實(shí)現(xiàn)封閉運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。然而，管道泄漏事故風(fēng)險隨著油氣工業(yè)的發(fā)展而逐漸增加。管道在運(yùn)行期間可能會產(chǎn)生微孔、腐蝕坑、壁厚減薄、橫向裂紋與縱向裂紋等缺陷。因此，加強(qiáng)在役油氣輸送管道的檢測具有重大的意義。超聲內(nèi)檢測法是一種高效的管道缺陷檢測方法，幾乎可以實(shí)現(xiàn)各種類型管道缺陷的檢測。目前在管道超聲內(nèi)檢測中存在著一些尚未解決的實(shí)際問題:管道超聲內(nèi)檢測數(shù)據(jù)量大，無法實(shí)現(xiàn)全部

2、數(shù)據(jù)的存儲和實(shí)時處理。針對長距離能源輸送管道在役超聲檢測數(shù)據(jù)量大的問題，本論文提出了一種基于壓縮感知理論的管道超聲脈沖回波信號壓縮采樣方法。
　　論文對管道脈沖超聲回波信號的壓縮采樣理論進(jìn)行了探討和研究。首先，研究了稀疏信號壓縮采樣實(shí)現(xiàn)的條件，包括信號的稀疏性，測量矩陣的特性以及信號重構(gòu)算法。其次，建立了管道脈沖超聲回波信號的參數(shù)模型，分析了其在冗余字典下的稀疏表示原理，并對實(shí)際測試得到的管道脈沖超聲回波信號進(jìn)行了稀疏分解實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)

3、證了其在Gabor字典下的稀疏特性。在此基礎(chǔ)之上闡述了管道脈沖超聲回波信號的壓縮采樣原理。
　　論文對壓縮采樣技術(shù)在管道超聲檢測中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。首先，分析了模擬信息轉(zhuǎn)換器(Analog-to-Information convertor,AIC)的基本結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了基于Gabor字典的單通道AIC壓縮采樣系統(tǒng)。針對Gabor字典的冗余特性，構(gòu)造了規(guī)模較小的包絡(luò)字典，實(shí)現(xiàn)了檢波后管道脈沖超聲回波信號的壓縮采樣。其次，為實(shí)現(xiàn)未檢波的射

4、頻管道脈沖超聲回波信號的壓縮采樣，構(gòu)建了多通道AIC壓縮采樣系統(tǒng)，并分析了其與單通道AIC壓縮采樣系統(tǒng)在工作原理與壓縮性能上的差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:多通道AIC壓縮采樣系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)未檢波的射頻管道脈沖超聲回波信號的壓縮采樣，對于檢波后的脈沖超聲回波信號，多通道AIC的壓縮性能優(yōu)于單通道AIC。最后，針對影響多通道AIC壓縮采樣系統(tǒng)性能的測量矩陣的多樣性，采用直方圖統(tǒng)計(jì)分析方法，以優(yōu)質(zhì)原子比為衡量測量矩陣性能優(yōu)劣的指標(biāo)，揭示了測量矩陣對壓縮采