第 1 章 绪 论
1.1 课题研究背景及意义
近年来，中国的大片土地被雾霾骚扰，对清洁能源的需求不断增加。天然气作为绿色无污染能源，是干净高效优良燃料，已被世界上大多数国家列为首选燃料。基于多种方法预测，2030 年中国的天然气年产量可以增至 3000 亿立方米，根据等效计算将会超过石油[1]。因此，天然气将被大量用于工业燃料、工艺生产、天然气化工工业和城市燃气事业等领域，在改善中国的能源结构与促进城市低碳经济的发展中发挥了重要的作用。
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1.2 国内外研究现状及发展趋势
世界上的城市地下天然气管网监测系统中比较先进的是美利坚合众国声学系统股份有限公司（ASI）所生产的波敏检测系统，这家公司始于 1970 年左右，产品最早是应用在美国德克萨斯州燃气管道公司。这些年它在管道监控领域和对管道泄漏定位的研究已有 30 年左右，已经将声学技术娴熟地应用于管道的泄漏检测以及定位领域。自 1984 年起，这家公司的声波泄漏检测系统已被大量地应用在许多领域，包括气体、液体等领域[10]。监测系统的检漏本质为油气管道在泄漏的瞬时气体与管道之间的压力发生明显的改变，导致管道内介质动能发生外放，致使发生声波振动。
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第 2 章 天然气管道泄漏信号分析与处理
2.1 天然气管道泄漏信号
天然气管道的漏点检测方法一般分为两大类，一类是基于硬件的检测方法，另一类是基于软件的检测方法[18]。根据硬件检测方法就是说对流体介质直观检漏，比如易燃气体测试仪器、光学传输检测法等，然而这些检测的方法有着明显的缺点，定位的精度和成本都不具有优势，还易受地下电磁的干扰[19,20]；根据软件的检测是通过管道检测到安装在管道上的传感器采集到的压力或振动等信号，经过降噪后采用科学的计算方法提取特征信号，这一大类方法通常被工程人员采用，比如负压波检测法、压力梯度检测法和声发射法检测法等[21]。
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2.2 小波变换理论
小波函数分析，是许多小波函数的叠加，而且这些小波函数是有规律的，它们依靠一个母小波函数的尺度变换而计算出来的。这远要比正弦函数有优势，因为用不规则的小波函数来近似构成有突变的信号，然后来对信号的某一部分特性进行深入的分析。
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第 3 章 系统总体方案设计............................ 21
3.1 系统方案相关技术............................ 21
3.2 总体设计方案......................................... 24
第 4 章 系统硬件电路设计.................................. 31
4.1 数据采集模块硬件设计................................ 31
4.2 通信分站电路设计...................................... 33
第 5 章 软件设计与系统测试.................................... 37
5.1 系统通信数据结构与协议设计........................ 37
5.2 数据处理流程........................................ 39
第 5 章 软件设计与系统测试
5.1 系统通信数据结构与协议设计
本系统的通信过程中可分为两种数据类型：由通信分站传输到 CAN 网络中的数据信息和由监控分站 CAN 转以太网模块传送到上位机监控主站的数据信息。数据信息的数据有两种标准，分别是标准帧和扩展帧。
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5.2 数据处理流程
在天然气管道上的传感器时刻对管道的运行情况进行测量，当然这里需要对数据进行采样。每次采样时，首先要对传感器进行初始化，对采集的天然气数据经过信号滤波处理后，再由模拟滤波电路进行滤波变换并限制带宽，最后进过微处器芯片 STM32 的 ADC 进行模数转换，将采集到的模拟信号转换成数字信号。图 5-3 为传感器数据采集代码流程。
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结论
本文针对目前市场上大部分的城市地下天然气管网监测系统存在的不足之处，例如实时性、可靠性较差等，提出了一套利用 CAN 总线和以太网通信方式相结合的传输方式应用在城市地下天然气管网监测系统。通过小波变换对声发射信号进行深入研究，探讨了利用 CAN 总线与以太网相结合的传输方式在城市地下天然气管网实时监测的可行性，分析其存在的优势，证明了这些技术在监测系统中的应用具有重要意义。
参考文献（略）
