[发明专利]一种管道小缺陷轴向长度检测方法及其应用

说明书

本发明公开了一种管道小缺陷轴向长度检测方法及其应用。该方法在分析超声导波管道检测缺陷信号反射特点的基础上，建立过完备原子库，从过完备原子库中选出与待分解信号最为匹配的原子，信号可分解为在最佳原子上的分量和残差，剩下的残差部分继续分解直到满足结束条件，从而将小缺陷反射信号分解为缺陷前端反射信号和后端反射信号，缺陷的轴向长度可由计算前后端反射信号的时间差和超声导波在管道中传播速度的乘积得到。计算过程中由于过完备原子库容量大，导致计算工作量大和收敛慢，因此采用改进的匹配追踪算法来优化求解，不仅可提高计算速度，还可以对小缺陷的轴向长度实现定量测量，有利于实现管道超声导波检测诊断健康状态评估。

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，更具体地，涉及一种管道小缺陷轴向长度检测方法及其应用。

背景技术

超声导波检测技术已经广泛应用于无损检测，因其具有快速、长距离、大范围检测等优点，具有广阔的应用前景。但导波检测信号中常常含有各种噪声，噪声影响了缺陷信号的识别和定位，因而从含噪声的导波信号中提取有价值的信号是导波无损检测技术中一个难点问题。

常用的导波信号处理方法有短时傅里叶变换、小波变换、时频分析、频谱分析和相关分析等。大缺陷可以通过传统的匹配追踪算法分解信号为前后端反射信号，但是，当缺陷尺寸较小并且噪声较大时，这些常规的信号处理方法很难以快速提取缺陷信号，现有技术中提出用微分进化算法改进匹配追踪方法对导波信号进行提取。但是，微分进化算法具有容易陷入局部最优和全局收敛概率较低的不足。

发明内容

针对现有技术存在的不足和改进需求，本发明提供了一种管道小缺陷轴向长度检测方法及其应用，可对小缺陷的轴向长度实现定量测量，有利于实现管道超声导波检测诊断健康状态评估。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种管道小缺陷轴向长度检测方法及其应用，包括步骤：

在超声导波激励信号基础上选取幅值和相位信息，建立超声导波激励信号信息原子库，采用时频原子对原子库进行扩展，构建过完备原子库；

沿轴向对被检测缺陷管道施加超声导波激励信号，获得缺陷检测信号；

设置最大迭代次数k，在过完备原子库中选出缺陷检测信号的最匹配原子，将缺陷检测信号分解为在该最匹配原子上的分量以及剩余残差信号两部分，继续对剩余残差信号执行匹配和分解操作，直至达到最大迭代次数k；

将k次分解累积得到的最匹配原子上的分量作为缺陷前端反射信号，将第k次分解后的剩余残差信号作为缺陷后端反射信号，根据缺陷前端反射信号和缺陷后端反射信号两者的时间差和超声导波传播速度计算获得缺陷轴向长度。

进一步地，采用改进的野草算法来选出最匹配原子，具体包括步骤：

(1)定义初始种群，一定数目的野草以随机方式分布在N维空间；

(2)野草根据其适应性产生种子，父代野草种子个数与母体的适应度成如下线性关系：

其中，N_s为N维空间中每个杂草产生的种子数，f为当前适应度，f_min为最小适应度，f_max为最大适应度，S_max为最大可生成种子数，S_min为最小可生成种子数；

(3)以父代为均值，子代个体以正态分布方式扩散在N维空间中，迭代过程中，每一代的标准差变化规律如下：

其中，σ_iter为迭代标准差，iter为当前迭代次数，iter_max为最大迭代次数，σ_initial为初始标准差，σ_final为最终标准差，n为非线性指数；