本发明涉及管道输运流体物性检测，尤其涉及一种基于水锤振动波参数的管道输运流体物性非接触无损检测方法、存储介质和电子设备。
背景技术：
1、目前，流体管道输运是人类物资调运的重要方式之一，具有运输量巨大、运输时间不受气候和地面设施束缚、持续运输耐久、单位质量运输成本低、管道利用时间长、占地面积小（公路的3%、铁路的10%）、建设耗材少、土建时间短、安全可靠(石油运输吨公里致死率比卡车低87%，比轮船低4%，比火车低2.7%)、输流能耗低（不及铁路输运的1/7）等特点。输流管道材质包括球墨铸铁、镀锌钢、钢筋水泥（pccp）、聚合物（pvc、ppr、ppp、pe）、不锈钢、陶瓷、铜等。
2、在输流管道检测领域中，识别管道内流体的物性的方法很多，如通过测试流体的密度、黏度、重度等来识别，但这些方法大多都需要破坏原有的管道结构，从管道内取出流体来测试。以往的方法对管道系统具有破坏性，其检测结果也存在一定的滞后，不适用于大规模稳定的输流管道系统。而且一些流体本身具有一定的危险性、毒害性，不适宜检测人员直接接触。
3、水锤，或称为水击，是一种液体动力学现象。具体来说，它是由于液体（比如水）的流速突然变化导致的压强大幅波动。这种压力冲击波的表现就像锤子在敲打一样，因此得名“水锤”。水锤效应的产生条件包括阀门突然开启或关闭、水泵骤然启停等因素。当液体的流速降低时，其动能会被转化为压力能，导致管道内的压力升高。这种大幅波动的压力冲击波有时会产生很大的力，同时会使输流管道的管壁产生一定的振动波。不同种类及物性的输运流体会耦合进行管线传输振动波，形成工程意义的、调制后的振动波特征参数，这使得流体检测的智能化、无损化、实时化、无接触准确分类成为可能。
4、振动波是一种能量以波动形式传播的物理现象。它的传播基于粒子或介质的振动，通过空气、水或固体传递能量。振动波广泛存在于自然界和科技应用中，如声波、光波和地震波等。
5、信号处理是一门涉及获取、分析、解释和操作信号的多学科领域。信号可以是来自各种源头的信息，如声音、图像、电流等。在数字信号处理中，信号以数字形式表示，通过数学算法和计算机技术进行处理。这种处理可以包括滤波、变换、压缩、增强和模拟等操作，以提取有用的信息、改善信号质量或实现特定的系统功能。
6、傅里叶变换的原理：傅里叶变换是一种重要的数学工具，用于分析信号和波形。傅里叶变换的核心思想是，任何复杂的信号都可以通过不同频率的简单波形相加而得到。通过将信号从时域（时间）转换到频域（频率），我们可以更清晰地分析信号的频率成分，揭示隐藏在数据中的模式和特征。该变换由法国数学家傅里叶提出，它在信号处理、通信、图像处理等领域广泛应用。傅里叶变换通过将时域信号转换为频域表示，使得我们能够理解信号中包含的不同频率分量及其强度。这种变换对于处理周期性信号、滤波、压缩和调制解调等任务具有重要作用。傅里叶变换的数学形式包括连续傅里叶变换（cft）和离散傅里叶变换（dft），其中dft在数字信号处理中得到广泛应用。傅里叶变换的引入极大地促进了信号处理和通信技术的发展，使我们能够深入研究和理解信号的频谱特性。通过分析信号的频域信息，人们能够更好地设计滤波器、调制方案以及优化通信系统，为现代科技和工程领域的发展提供了坚实的基础。
7、小波变换的原理：小波变换是一种数学工具，用于将信号分解成不同尺度的波形成分，从而揭示信号在时间和频率上的局部特征。相比于傅里叶变换，小波变换更适用于分析非平稳和局部化的信号，因为它可以提供随时间变化的频率信息。小波变换的基本思想是通过一组称为小波基函数的特定波形，对信号进行分解。这些基函数可以在不同的尺度和位置上对信号进行局部分析，从而捕捉信号中的瞬时特征。小波变换广泛应用于信号处理、图像处理、压缩和模式识别等领域。在信号处理中，小波变换可用于去噪、边缘检测和特征提取。在图像处理中，它有助于在图像的不同部分进行尺度变换，从而更好地捕捉局部细节。小波变换的灵活性和适用性使其成为处理现实世界复杂信号的重要工具，推动了科学、工程和技术的发展。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种基于水锤振动波参数的管道输运流体物性非接触无损检测方法、存储介质和电子设备，能够可应用于工业、管道输送和监测等领域，提升流体管理和流程控制的效率。
2、本发明采用的技术方案为：
3、基于水锤振动波参数的管道输运流体物性非接触无损检测方法，包括用于采集水锤振动波信号的高灵敏度传感器组、用于分析水锤振动波信号特征参数的实时信号分析系统和流体管理控制系统；
4、包括如下步骤；
5、a：建立输流管网中不同管径输送管道在不同温度、不同含沙量、不同含盐量下的《水锤振动波特征参数参考值表》，简称《参考值表》；
6、b：将高灵敏度传感器组紧贴设置在输流管网中待测传输管道的管道外壁上，对待测传输管道的水锤振动波的信号进行检测；
7、c：将检测到的水锤振动波的数据，通过数据采集设备传输到数据处理单元中，进行处理得到实际水锤振动波的特征参数，并以此制作《水锤振动波特征参数测试值表》,简称《测试值表》；
8、d：数据处理单元将《测试值表》，和步骤a中的《参考值表》对比，找到最接近的情况，即可得到对应状态下的温度或含沙量或含盐量的物性结果，将流体物性的识别结果输出到用于控制输流管网的流体管理控制系统，以实现智能化的流体管理体系。
9、所述的步骤a具体包括如下步骤：
10、a1:在待测管道上将带有磁吸功能的加速度传感器dytran 3205，贴在传输管道的管道壁上，加速度传感器后端连接数据采集设备usb-1608fs-plus，并连接到电脑；
11、a2:制造水锤波，模拟水锤效果；
12、a3:用daqami软件将采集到的数据转化为csv表格形式，最终保存到电脑中；
13、a4:改变温度或含沙量或盐度，然后分别重复步骤a2-a3，构成不同工况下振动波的数据集；
14、a5:电脑打开软件matlab，将采集到的csv格式的表格，导入到matlab中，通过代码，对数据进行处理，以识别振动信号中的特征参数，包括但不限于：最大值、最小值、平均值、中位数、峰峰值、整流平均值、方差、标准差、峭度、偏度、均方根 、均方值 、方根幅值、波形因子、峰值因子、脉冲因子、裕度因子、重心频率、均方频率、均方根频率、频率方差、频率标准差、谱峭度的均值、谱峭度的标准差、谱峭度的偏度、谱峭度的峭度，进而来确定管道中流体的物性；
15、a6:将a5中得到的特征参数，制作成表格形式，作为不同工况下的《参考值表》。
16、所述的步骤a2具体可以采用如下方法：方式一，在传输管道末端设置有电磁阀，通过流体管理控制系统对电磁阀门进行控制，使其定时开关阀门；方式二，用一个机械臂，以一定的频率和固定的力度敲击管道（如每1秒敲击一次）；方式三，将一个小锤子的手柄末端固定在管道附近，每隔一段时间，将锤头抬升到固定的高度，然后松开锤头使之自由下落到管壁上。
17、所述的步骤b具体包括如下步骤：加速度传感器实时监测振动波信号，并记录这些振动波信号以获取时间序列数据；将时间序列数据传输到数据处理单元进行机器学习分析。
18、所述振动传感器组包括多个传感器单元，所述传感器单元的位置和数量根据管道系统的规模大小、路径形态或特定要求进行设置。
19、所述传感器单元可以采用加速度传感器或其它的力学传感器。
20、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时，使所述计算机可读存储介质所在设备执行如上所述的基于水锤振动波参数的管道输运流体物性非接触无损检测方法。
21、一种电子设备，包括：存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如上任一所述的基于水锤振动波参数的管道输运流体物性非接触无损检测方法。
22、本发明利用输流管道水锤振动波信号在管道内传输，基于管道拓朴结构的调制传输，从水锤波参数中获取波参数变化形式，通过计算机软件分析和机器学习获得相关特征参数，并和输流管道内流体物性的测试数据集做对比，从而分析出管道内流体的物理性质。本方法利用水锤振动波分析流体物性的新方法，与传统的流体物性检测方法相比，本方法无缝衔接输流管道流体物性的智能化、无流损化、实时化、无人员接触的现代智慧产业生态。
1.基于水锤振动波参数的管道输运流体物性非接触无损检测方法，其特征在于，包括用于采集水锤振动波信号的高灵敏度传感器组、用于分析水锤振动波信号特征参数的实时信号分析系统和流体管理控制系统；
2.根据权利要求1所述的基于水锤振动波参数的管道输运流体物性非接触无损检测方法，其特征在于：所述的步骤a具体包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于水锤振动波参数的管道输运流体物性非接触无损检测方法，其特征在于：所述的步骤a2具体可以采用如下方法：方式一，在传输管道末端设置有电磁阀，通过流体管理控制系统对电磁阀门进行控制，使其定时开关阀门；方式二，用一个机械臂，以一定的频率和固定的力度敲击管道（如每1秒敲击一次）；方式三，将一个小锤子的手柄末端固定在管道附近，每隔一段时间，将锤头抬升到固定的高度，然后松开锤头使之自由下落到管壁上。
4.根据权利要求1所述的基于水锤振动波参数的管道输运流体物性非接触无损检测方法，其特征在于：所述的步骤b具体包括如下步骤：加速度传感器实时监测振动波信号，并记录这些振动波信号以获取时间序列数据；将时间序列数据传输到数据处理单元进行机器学习分析。
5.根据权利要求1所述的基于水锤振动波参数的管道输运流体物性非接触无损检测方法，其特征在于：所述振动传感器组包括多个传感器单元，所述传感器单元的位置和数量根据管道系统的规模大小、路径形态或特定要求进行设置。
6.根据权利要求5所述的基于水锤振动波参数的管道输运流体物性非接触无损检测方法，其特征在于：所述传感器单元可以采用加速度传感器或其它的力学传感器。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述的计算机程序被处理器执行时，使所述计算机可读存储介质所在设备执行权利要求1-6任意一项所述的基于水锤振动波参数的管道输运流体物性非接触无损检测方法。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-6任一所述的基于水锤振动波参数的管道输运流体物性非接触无损检测方法。
