[发明专利]一种基于Kolmogorov熵的管道超声导波检测方法在审

专利信息
申请号: 201910618094.1 申请日: 2019-07-10
公开(公告)号: CN110274956A 公开(公告)日: 2019-09-24
发明(设计)人: 温宇立;马宏伟;武静;林荣 申请(专利权)人: 广东海洋大学
主分类号: G01N29/04 分类号: G01N29/04;G01N29/24;G01N29/44
代理公司: 广州市南锋专利事务所有限公司 44228 代理人: 李慧
地址: 524000 *** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 混沌检测系统 导波信号 检测物 导波检测 管道超声 超声导波信号 超声导波 定量判断 混沌系统 系统响应 信号识别 信号输入 影响规律 原理构建 状态实现 接收器 调制 损伤 检测 评估 传播
【说明书】:

发明公开了一种基于Kolmogorov熵的管道超声导波检测方法,包括以下步骤:S1,根据Duffing‑Holmes原理构建用于检测导波信号的Duffing混沌检测系统;S2,分别计算在有无Hanning窗调制的导波信号输入情况下,Duffing混沌检测系统随策动力F变化的Kolmogorov熵,分别记为K,K’;S3,在K数值为0的区间内,选择K’数值最大的策动力F作为Duffing混沌检测系统的策动力;S4,在检测物上激励超声导波信号,使得超声导波在检测物内部传播,最后通过接收器得到接收信号;S5,将接收信号输入Duffing混沌检测系统中,若系统响应的Kolmogorov熵远大于0,则检测物中有缺陷,然后根据不同幅值导波信号对系统Kolmogorov熵数值的影响规律对缺陷损伤程度进行评估,本发明通过对混沌系统状态实现定量判断,提高了信号识别的准确性。

技术领域

本发明涉及超声波检测技术领域,具体涉及一种基于Kolmogorov 熵的管道超声导波检测方法。

背景技术

超声导波检测技术通过利用导波沿着波导结构延伸方向全截面传播,因此回波信号中具有传播距离内波导结构的全截面所有信息的传播特性。相比于传统的无损检测技术而言,超声导波技术的检测范围是波导结构的一定长度,单点检测距离长、检测效率高、检测便利,适用于细长部件的无损检测。然而由于导波的频散、多模态、衰减特性,在实际的长距离检测中,小缺陷引起的缺陷反射回波信号微弱,而传感器本底噪声、功率放大器的固有噪声以及外界的干扰噪声等往往远高于有用信号的幅值,因此反射回波信号必将呈现出强噪声下弱信号的特征,这将严重的影响检测信号的识别、定位,从而影响检测结果的精确性。

为了提高超声导波信号检测的精度,使得能够更好的应用于长距离损伤检测中,国内外学者对其进行了大量的研究。传统的信号处理方法可以分为时域分析(相关法以及时间反转聚焦等)、频域分析 (FFT以及带通滤波,相干分析等)、时频分析(小波变换、STFT、HHT等),这些信号处理方法均能在一定程度上实现降噪及提高信噪比的作用,取得了一定的成果,然而由于导波信号的频散、多模态、衰减特性,传统的信号处理方法在导波信号处理的检测信噪比门限较高,在低信噪比的弱导波信号检测应用中具有一定的局限性,检测精度有限。随着非线性科学研究的逐步深入,基于谐波小波、混沌、随机共振等非线性理论的方法逐渐被认可,为微弱信号检测开创了新的思路。其中,Duffing方程是混沌弱信号检测中应用较为普遍的非自治的非线性方程,基于Duffing-Holmes原理,利用待检测的同频信号作为系统的微小扰动改变非自治系统的周期侧动力,使得临界状态的系统发生改变即可实现检测,但该理论方法中检测系统的状态判别、指标量化以及信号定位等问题仍亟待解决。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种基于Kolmogorov熵的管道超声导波检测方法,通过将Kolmogorov熵作为表征混沌的特征量,能够准确的判断Duffing混沌检测系统的运动状态以及混沌的程度,通过待测信号与系统混沌程度的数学关系可以定量判断待测导波信号的有无以及幅值。

为解决上述发明的目的,本发明提供技术方案如下:

基于Kolmogorov熵的管道超声导波检测方法,包括如下步骤:

S1,根据Duffing-Holmes原理构建用于检测导波信号的Duffing 混沌检测系统;

S2,分别计算在有无Hanning窗调制的导波信号输入情况下, Duffing混沌检测系统随策动力F变化的Kolmogorov熵,分别记为K, K’;

S3,在K数值为0的区间内,选择K’数值最大的策动力F作为 Duffing混沌检测系统的策动力;

S4,在检测物上激励超声导波信号,使得超声导波在检测物内部传播,最后通过接收器得到接收信号;

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