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    摘要随着清洁能源天然气的广泛应用，输气管道业发展越来越快。管道运输安全问题日益严重，管道泄漏的原因包括管道服役时间过长、燃气对管道腐蚀、不法分子打孔偷盗等。不及时处理，很容易发生火灾、中毒、爆炸等恶性事故。所以，对于输气管道泄漏的监测，具有重要的现实意义。本设计查阅了很多相关资料，对比许多检测方法之后，选用了较为实用的负压波检测方法。负压波泄漏检测法具有报警快，泄漏定位准等优点，也是目前应用最广泛的泄漏检测方法。本课题采用了硬件与软件相结合的设计理念， 通过传感器测出泄漏发生时负压波的变化情况，并把传感器采集到的电信号通过信号调理模块预处理，处理后的电信号在由 A/D 转换器转换为数字信号来给单片机进行分析处理，处理后的数据经由 USB 接口传到上位机，最后利用上位机 LabVIEW 软件平台，对输气管道泄漏检测系统进行软件编程，以达到数据的分析处理，泄漏判断定位等目的。相较于人工监测，本系统具有实时性，连续性的监测优点。35725
    关键词： 输气管道 负压波 虚拟仪器
    Abstract With the widespread use of clean energy natural gas pipelinedevelopment industry faster. Pipeline transportation security issues havebecome increasingly serious, because pipeline leaks including pipelineservice for too long, gas pipeline corrosion, theft and other criminalsdrilling. Not promptly treated, it is prone to fire, poisoning, explosion andother accidents. Therefore, the gas pipeline leak monitoring, hasimportant practical significance.Check out this design a lot of relevant information, and thencompare many detection methods, the choice of a more practical negativepressure wave detection methods. Negative pressure wave leak detectionwith alarm fast, accurate positioning advantages leak. This paper uses acombination of hardware and software design, the negative pressure wavethrough the sensor to changes in pipeline leakage, the use of single-chipsensor signal acquisition processing and transmission, and then from thePC virtual instrument technology to the data analysis and processing, toachieve the purpose of locating the leak is determined. Compared tomanual monitoring, this system has the advantage of real-time monitoring,continuity.
    Keywords: Gas Pipeline Negative pressure waveVirtual Instruments
    目录
    摘要.I
    AbstractII
    1绪论1
    1.1研究背景与意义.1
    1.2国内外研究现状.1
    1.3研究目标与要求.2
    2系统设计方案分析论证3
    2.1管道泄漏检测方法选择论证.3
    2.1.1管道泄漏检测方法简介3
    2.1.2泄漏检测方法的综合评价与选择4
    2.1.3负压波产生机理和传播规律5
    2.1.4负压波泄漏定位原理6
    2.2系统硬件设计方案分析论证7
    2.2.1系统硬件结构总体设计方案.7
    2.2.2传感器模块选型论证7
    2.2.3I/V转换电路选型论证8
    2.2.4单片机的选择论证9
    2.2.5单片机与PC机通信方式论证.10
    3系统硬件设计.12
    3.1I/V转换电路设计.12
    3.2单片机最小系统设计12
    3.3供电模块设计.16
    3.3.1交流变直流电路设计.16
    3.3.2直流变直流电路设计17
    3.4串口电路设计17
    4系统软件设计.19
    4.1系统下位机软件设计19
    4.2系统上位机软件设计21
    4.2.1系统上位机软件功能设计21
    4.2.2数据采集模块子VI设计22
    4.2.3信号预处理模块子VI设计23
    4.2.4泄漏判断与定位模块子VI设计25
    4.2.5主子站通信模块子VI设计28
    5结论.30
    致谢.31
    参考文献.32
    附录.34
    1 绪论1.1研究背景与意义管道运输是随着天然气、石油的开发应用，而形成的一种独特运输方式，这种运输方式已经成为现代五大货物运输方式之一。管道运输不受气候因素限制，运送量大，可连续作业，成本低等优点。2004 年，我国开展西气东输工程，管线全长3856 km，是一条长距离、大口径、高压力、大输量的天然气管线。2009年底的西气东输二线工程完成，管线总长超一万公里，是世界上最长的天然气运输管道。至此，我国西气东输管道网络基本形成。随着输气管道业的快速发展，管道泄漏的问题日益严峻。引起管道泄漏的原因很多，包括管道自身因素和人为因素。管道自身因素包括管道服役时间过长、燃气对管道腐蚀等因素。人为因素则有不法分子打孔偷盗等。管道发生泄漏，不及时处理，很容易发生火灾、中毒、爆炸等恶性事故。管道泄漏给国家和企业带来巨大的经济损失。为了防止泄漏事故的发生，避免大量经济损失，有效的打击犯罪分子，通过科学手段开发一套具有实时性、连续性的输气管道泄漏监测系统才是当务之急， 输气管道泄漏监测系统的开发在管道运输领域具有重要的现实意义。1.2国内外研究现状早期的输气管道泄漏检测方法偏重硬件应用，例如分段试压法、管内探测球法和磁力探伤法等。随着管道业的发展，上述方法不能做到实时连续的检测，逐渐被淘汰，取而代之的是软硬件相结合的方法。这类方法大多具有实时性，连续性的检测能力，符合当前发展需要。例如负压力波法、互相关法、小波变换法、模糊决策法、传感器双重压力梯度法等。（1）国外研究现状1979 年，福田敏男教授提出了基于压力梯度的时间序列分析的方法。此方法利用自回归模型对压力梯度进行统计分析，来检测管道是否泄漏。1988年，A.Benkherouf 提出了卡尔曼滤波器的方法，该方法可对管道中间状态估计、跟踪故障变化等。
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