基于李雅普诺夫指数的超声导波定位缺陷的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于李雅普诺夫指数的超声导波定位缺陷的方法，包括：基于杜芬方程构造杜芬振子信号检测系统，并计算随策动力F变化的李雅普诺夫指数；在检测物上通过发射器激励超声导波信号，使超声导波信号遍历检测物的所有位置，通过接收器得到实测信号；构造窗函数，从所述实测信号中截取不同窗长度对应的截取信号，将各个截取信号输入杜芬振子信号检测系统，并分别计算输入截取信号后随策动力F变化的李雅普诺夫指数；确定李雅普诺夫指数改变量最大的窗长度所对应的截取信号，移动窗函数对其进行扫描，从而对检测物上的缺陷进行定位。本发明专利技术可以对超声导波信号进行识别，并对不同损伤程度的缺陷进行定位，提高超声导波识别小缺陷的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，包括：基于杜芬方程构造杜芬振子信号检测系统，并计算随策动力F变化的李雅普诺夫指数；在检测物上通过发射器激励超声导波信号，使超声导波信号遍历检测物的所有位置，通过接收器得到实测信号；构造窗函数，从所述实测信号中截取不同窗长度对应的截取信号，将各个截取信号输入杜芬振子信号检测系统，并分别计算输入截取信号后随策动力F变化的李雅普诺夫指数；确定李雅普诺夫指数改变量最大的窗长度所对应的截取信号，移动窗函数对其进行扫描，从而对检测物上的缺陷进行定位。本专利技术可以对超声导波信号进行识别，并对不同损伤程度的缺陷进行定位，提高超声导波识别小缺陷的灵敏度。【专利说明】
本专利技术涉及超声导波检测
，特别涉及一种基于李雅普诺夫指数的超声导 波定位缺陷的方法。
技术介绍
近年来管道运输广泛应用于各个行业，是国民经济综合运输的重要组成部分之 一，也是衡量一个国家的能源与运输业是否发达的主要标志。然而，由于环境影响以及人为 破坏等因素造成的管道事故频发，造成严重的国家经济损失和人员伤亡。因此，对管道进行 健康检测十分必要。利用超声导波检测方法已经成为长距离管线检测的重要方法，与传统 超声波无损检测相比，超声导波具有检测速度快，检测范围广且无需去除覆盖层等优势。目 前，检测精度和检测距离以及缺陷参数识别问题已成为超声导波检测技术的难点问题。 为了提高超声导波的检测灵敏度，国内外学者主要从以下三个方面进行优化：一、 超声波在管道结构中的传播特性研究；二、超声导波的激发和接收装置研究；三、信号分析 与缺陷特征提取。目前，国内外研究学者越来越重视对超声导波信号的分析和研究，并且发 展了许多有效地方法。但这些方法大多是从信号本身的特性以及信噪比等基础上研究，大 多采用降噪以及提高信噪比的方法，具有一定的难度。寻找新的弱信号检测方法成为亟待 解决的一大热点问题。而混沌系统由于具有初值敏感性，同时对噪声信号有一定的免疫能 力，成为强噪声下弱信号检测的新领域。然而，利用混沌系统的弱信号检测多以检测正弦、 余弦信号为主；对超声导波信号的识别是近年来的新应用，仍处于理论探索阶段，对业内工 作人员来说，主要难点在于灵敏检测系统的参数设定以及缺陷参数识别。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种基于李雅普诺夫指数的超声导波定位缺陷的 方法，以对超声导波信号进行识别，并对不同损伤程度的缺陷进行定位，提高超声导波识别 小缺陷的灵敏度。 本专利技术提供一种，包括以下步 骤： S1、基于杜芬方程构造杜芬振子信号检测系统，并计算随策动力F变化的李雅普 诺夫指数； S2、在检测物上通过发射器激励超声导波信号，使超声导波信号遍历检测物的所 有位置，再通过接收器得到实测信号； S3、构造窗函数，从所述实测信号中截取不同窗长度对应的截取信号，将所述各个 截取信号输入杜芬振子信号检测系统，并分别计算输入截取信号后随策动力F变化的李雅 普诺夫指数； S4、确定李雅普诺夫指数改变量最大的窗长度所对应的截取信号，移动所述窗函 数对其进行扫描，从而对检测物上的缺陷进行定位。 优选的，所述步骤si中基于杜芬方程构造杜芬振子信号检测系统进一步包括： S11、选取杜芬方程，并设有检测信号，其公式如下： X + kx - .r5 +- = P COS (Ot + J{t) (1) 其中，k为阻尼比，ω为策动力角频率，（-x3+x5)为非线性恢复力项，为检测信 号，Fcos ω t为策动力项，F为策动力，且所述F满足当且仅当有超声导波信号输入杜芬方程 时，所述杜芬振子信号检测系统发生变化； S12、选取位移X和速度v将式（1)改写如下： χ = ν 1 (.2) t , \ φ = -kv+x' - λ·" + F cos( ) + λ- (?) J 即完成杜芬振子信号检测系统的构造。 优选的，所述公式（1)中，k取0.5，F取0.8105, ω与待测的截取信号的频率相同。 优选的，所述步骤S1中杜芬振子信号检测系统的李雅普诺夫指数计算如下： 将公式（2)表示的杜芬振子信号检测系统构成以位移X、速度ν以及时间t为状态 变量的三维系统，在t=〇时刻，以xO为中心，I | δ x(xQ，〇) I I为半径做一个三维的球面，随着 时间的演化，在t时刻该球面即变形为三维的椭球面，设该椭球面的第i个坐标轴方向的半 轴长为11 s Xi (Χ(1，ο) I I，则所述三维系统第i个李雅普诺夫指数为： 【权利要求】1. 一种，其特征在于，包括以下步 骤： 51、 基于杜芬方程构造杜芬振子信号检测系统，并计算随策动力F变化的李雅普诺夫 指数； 52、 在检测物上通过发射器激励超声导波信号，使超声导波信号遍历检测物的所有位 置，再通过接收器得到实测信号； 53、 构造窗函数，从所述实测信号中截取不同窗长度对应的截取信号，将所述各个截取 信号输入杜芬振子信号检测系统，并分别计算输入截取信号后随策动力F变化的李雅普诺 夫指数； 54、 确定李雅普诺夫指数改变量最大的窗长度所对应的截取信号，移动所述窗函数对 其进行扫描，从而对检测物上的缺陷进行定位。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中基于杜芬方程构造杜芬振子 信号检测系统进一步包括： 511、 选取杜芬方程，并设有检测信号，其公式如下：其中，k为阻尼比，ω为策动力角频率，（-x3+x5)为非线性恢复力项，涛)为检测信号， Fcos ω t为策动力项，F为策动力，且所述F满足当且仅当有超声导波信号输入杜芬方程时， 所述杜芬振子信号检测系统发生变化； 512、 选取位移X和速度v将式（1)改写如下： .k = v | (2) ι> = -fv+jc3 -X5 + /7 eos(fyl) + 歹(1)f 即完成杜芬振子信号检测系统的构造。3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述公式（1)中，k取0.5, F取0.8105, ω 与待测的截取信号的频率相同。4. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中杜芬振子信号检测系统的李 雅普诺夫指数计算如下： 将式（2)表示的杜芬振子信号检测系统构成以位移X、速度ν以及时间t为状态变量的 三维系统，在t=0时刻，以xO为中心，| | δ χ(χ。，〇) | |为半径做一个三维的球面，随着时间的 演化，在t时刻该球面即变形为三维的椭球面，设该椭球面的第i个坐标轴方向的半轴长为 | δ Xi (X(1，〇) | |，则所述三维系统第i个李雅普诺夫指数为：通过式（3)计算杜芬振子信号检测系统的李雅普诺夫指数。5. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中所述超声导波信号的表达式 为：其中，η为选用的单音频数目，f。为信号的中心频率。6. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中构造的窗函数为：其中，S代表记录下的实测信号，S*代表截取信号。7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S4进一步包括： 541、 确定李雅普诺夫指数改变量最大的窗长度所对应的截取信号，移动所述窗函数对 其进行扫描；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于李雅普诺夫指数的超声导波定位缺陷的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、基于杜芬方程构造杜芬振子信号检测系统，并计算随策动力F变化的李雅普诺夫指数；S2、在检测物上通过发射器激励超声导波信号，使超声导波信号遍历检测物的所有位置，再通过接收器得到实测信号；S3、构造窗函数，从所述实测信号中截取不同窗长度对应的截取信号，将所述各个截取信号输入杜芬振子信号检测系统，并分别计算输入截取信号后随策动力F变化的李雅普诺夫指数；S4、确定李雅普诺夫指数改变量最大的窗长度所对应的截取信号，移动所述窗函数对其进行扫描，从而对检测物上的缺陷进行定位。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟伟，武静，马宏伟，杨飞，林金保，
申请(专利权)人：太原科技大学，暨南大学，
类型：发明
国别省市：山西;14