dsp00002 基于改进FFT算法的泄露检测

摘要

本文通过对泄露检测技术的研究，分析了现行的泄露检测技术的优缺点。在总结前人经验的基础上完成了一整套基于FFT变换的泄露检测技术的设计。通过将时域信号变换到频域上来进行相关计算，大大减少了运算量，提高了系统的实时性。设计包含了基本原理、算法、程序流程以及仿真验证。在基本的FFT变换的基础上提出了一套改进的FFT算法，加快了系统的运算速度。设计在TI公司TMS320VC5416型DSP开发平台上验证通过。

关键词：泄露检测、FFT、VC5416、DSP

一、研究目的

随着现代社会的发展，管道运输在现代化建设和人们的生活中起着越来越重要的作用。但是由于自然和人为因素造成的管道泄漏不仅污染了环境，还严重浪费了资源，因此，管道泄漏检测技术也相应地得到更多的关注。而研究的目的是为了能够找到泄漏的位置以减少资源浪费和减小环境污染。

二、研究背景

水是宝贵的自然资源。由于淡水资源的贫乏和高昂的制水成本，世界各国尤其是发达国家都非常重视供水节水的管理工作。很早就开展了漏损控制技术及设备的研究、开发工作。对于管道泄漏检测技术的研究近年来不断有新的发展，检漏方法也由最初的听漏发展到各式各样的基于现代信号处理和自动化装置的检漏，其中相关检漏法是当前比较先进、有效的一种检漏方法。

1960年英国水研究中心最先开发了相关检漏仪，随后法国、日本等国也相继研制了相关检漏仪，自20世纪80年代，国外开始研究用互相关法检测水管泄漏，并取得良好的效果。如德国，其最长的试验距离是3.5km，漏孔检测的可靠度高于90％。对于80％以上检测到的漏孔，其定位的精确度达±1 m。近年来，国外在这方面进行了进一步的研究，如加拿大研究人员对塑料水管漏孔检测的研究，该方法主要利用流体通过漏孔时的流动噪声，通过两个传感器接收该信号，漏孔位置的信息是根据信号到达两个接收器的传播时间之差进行判断的，所采用的传感器是水听器或加速度计。

80年代初，英、美、法、日相继开发成功了相关检漏仪，90年代初又研究了利用水传声的相关检漏仪，提高了检漏的正确性。美国、日本在80年代中期还开发了探地雷达，利用电磁波对漏水情况进行检漏，并以图象显示漏水孔周围的情况，实现对漏水点的精确定位。由于西方国家的经济实力，重视程度和技术水平等方面的优势，根据有关资料统计，英国的管网漏失率为18.69%,美国为8%以下，日本10%以下，法国9.5%,德国4.9%,其漏失率远低于亚洲国家。^[1][2]

目前，我国多数供水设施陈旧、技术水平提高缓慢、管理体制存在许多问题等原因使城市供水管网漏损率高于《2000年供水行业规划目标》所规定的8 % ，距国际发达国家的先进水平还有很大的差距，我国一些城市供水漏失率在25%－30% ，其中约70%是管道漏水造成的。

各地供水公司开展漏水调查工作，配备有简单的仪器设备，以管道事故抢修为主，漏水调查靠老工人的经验，多数单位管道漏水控制效果不好。近几年由于国内经济环境和市场管理机制的改善、有关用水节水政策措施的颁布，供水管网检漏受到各级政府和各地供水公司的重视，国外成熟的技术与设备进入国内市场， 为开展漏水调查工作提供了良好的条件，各地供水公司相继引进了不少西方发达国家的先进漏水检测设备，比如日本、英国、德国等国家的听漏仪、相关检测仪、雷达检测仪和流量计等设备。一些供水公司根据自身状况也成立了相应的检漏队伍，专门从事漏水控制工作，取得了一定的效果，但从总体上来看和发达国家还有一定的差距，检漏技术人员较少，专业技能较低，对先进设备的引进和使用没有很好消化，工程经验不足，虽有先进的仪器设备也无法达到应有的效果。^[3]

三、研究方法与系统描述

本次实验的研究内容是对于管道传输中两相邻传感器所得到的声音信号，研究一种快速相关算法，利用相关原理来确定泄漏的位置，用MATLAB进行水管漏水信号及其他嘈声的图象重建。这次实验是利用MATLAB的信号模拟能力，模拟出管道泄漏信号和环境嘈声，然后用DSP编制快速相关算法程序确定漏点的位置，来验证相关检漏原理。

四、论文内容概述

论文大概可分为三部分：

    第一部分偏重于各种检漏方法的介绍，以及国内外检漏技术的现状和发展

    第二部分偏重于课题中应用的软件和硬件基础，论文简单介绍了DSP芯片的特点、现状和发展方向。

第三部分着重于对用MATLAB真实模拟出的漏点信号和环境嘈声，通过利用DSP快速相关算法编制程序，来实现漏点的定位。