一种新式超声导波检测方法技术

本发明专利技术公开了一种新式超声导波检测方法，其步骤包括：1、构造Lorenz振子信号检测系统；2、计算在无信号输入情况下随强迫激励信号幅值F变化的Lyapunov指数；3将经Hanning窗调制的超声导波信号输入Lorenz振子信号检测系统，并计算输入超声导波信号后随强迫激励信号幅值F变化的Lyapunov指数；4、在输入标准超声导波信号前后系统对应的两个L1乘积小于0的区域，选择两个L1差值的绝对值最大时所对应的强迫激励信号幅值F的数值作为检测系统的激励值；5、在检测物上激励超声导波信号，并通过接收器得到接收信号；6、将接收信号输入已选取了强迫策动力值的检测系统，并判断是否存在缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种新式超声导波检测方法
本专利技术涉及检测
，尤其涉及一种新式超声导波检测方法。
技术介绍
超声导波检测技术是一种新型的无损检测技术，其非常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，若缺陷较小，则对应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。目前，基本的微弱信号检测方法主要有：双路消噪声法、窄带滤波法、同步累积法、相关检测法(时域分析法)、锁定接收法(频域分析法)等。但是上述的方法由于自身方法的原理使得对应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，容易造成漏检的情况。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。由于传统的检测方法一般都以线性理论为主，而混沌检测方法利用的则是非线性、非平衡性以及敏感性的特征，在弱信号检测中具有巨大的应用前景。由于混沌的初值敏感特性，信号处理领域成为了混沌理论重要的应用部分。现阶段的混沌振子检测弱信号研究大多处于初级阶段，多用于检测简单的正、余弦信号，而应用的混沌振子模型也多为非自治系统单频激励的混沌振子,对于非自治系统与多频调制信号检测具有极大的局限性。由于导波信号是由Hanning窗调制的多周期信号，是由数个不同频率的正弦信号组合而成，因此在使用传统的单频混沌振子检测导波信号时，导波信号的多频特征将对混沌系统的非平衡相变规律产生不确定的影响，理论上容易出现误判或者错判。此外，在传统混沌检测应用的混沌振子模型均为非自治的混沌振子，由于其非线性特性以及动力学行为远弱于自治混沌振子，因此对于弱信号识别的灵敏度较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足而提供一种新式超声导波检测方法，该新式超声导波检测方法能够有效地应用于对低信噪比的超声导波信号进行识别，且该新式超声导波检测方法通过消除或降低导波信号对单频激励Lorenz振子检测系统的非平衡相变规律的不确定影响，以提高信号识别的准确性。为达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案来实现。一种新式超声导波检测方法，包括有以下步骤，具体的：(1)、基于非共振周期信号的多频参数激励实现对Lorenz方程的混沌控制，并根据导波信号构造Lorenz振子信号检测系统；(2)计算在无信号输入情况下Lorenz振子信号检测系统随强迫激励信号幅值F变化的Lyapunov指数；(3)将经Hanning窗调制的超声导波信号输入Lorenz振子信号检测系统，并计算输入超声导波信号后随强迫激励信号幅值F变化的Lyapunov指数；(4)在输入标准超声导波信号前后系统对应的两个L1乘积小于0的区域，选择两个L1差值的绝对值最大时所对应的强迫激励信号幅值F的数值作为Lorenz振子信号检测系统的激励值；(5)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；(6)将接收信号输入已选取了强迫策动力值的Lorenz振子信号检测系统中，若L1＜0，则检测物完好无损；若L1＞0，则检测物中含有缺陷；其中，步骤(1)所述的基于非共振周期信号的多频参数激励实现对Lorenz方程实现混沌控制，并构造Lorenz振子信号检测系统具体如下：a、选取Lorenz方程，如下式：其中，σ、r、b是Lorenz振子的参数，设有待测导波信号s(t)，由于导波信号是由多个单音频加Hanning窗调制而成，这样的信号主瓣高，旁瓣迅速衰减，但信号本身含有多个频率，因此可将不含噪声的待检信号s(t)分解成不同频率谐波叠加的形式b、将不含噪声的待测导波信号作为Lorenz振子激励项因子，并基于非共振的多频周期信号对Lorenz系统进行多频率参数激励，如式(2)所示：其中，是控制系统运动状态的激励信号，F是激励幅值，是待测目标信号的表达式，即完成Lorenz振子信号检测系统的构造。作为优选的实施方式，所述的Lorenz振子信号检测系统的Lyapunov指数计算如下：将(2)式表示的Lorenz振子信号检测系统构成以状态变量x、y、z、t的四维系统，在t＝0时刻，以x0为中心，||δx(x0,0)||为半径做一个四维空间，随着时间的演化，该四维空间形状不断改变，设t时刻该椭球面的第i个坐标轴方向的轴长为||δxi(x0,0)||，则所述的四维系统第i个Lyapunov指数为：通过(3)式计算Lorenz振子信号检测系统的Lyapunov指数，根据Lorenz振子信号检测系统响应的最大Lyapunov指数L1来进行系统状态的判定。作为优选的实施方式，步骤(3)所述的经Hanning窗调制的超声导波信号的中心频率为65～75kHz。作为优选的实施方式，步骤(3)所述的经Hanning窗调制的超声导波信号的表达式如下：通过三角变换公式将式子(4)改写如下：其中，n为选用的单音频数目，fc为信号的中心频率；若所述的被检信号为含噪声σ(t)的弱导波信号其表达式为：将式(5)引入式(2)所示的基于多频激励Lorenz振子的导波信号检测系统中，此时多频激励Lorenz系统如式(6)表示：如式(7)所示，噪声信号并不会改变参数激励幅值，而弱信号的输入会改变强迫激励策动力幅值，因此使得Lorenz振子运动状态发生改变，选择合适的激励幅值并根据表征混沌系统非平衡相变的Lyapunov指数最终检测出微弱多频信号本专利技术的有益效果为：本专利技术所述的一种新式超声导波检测方法，其包括有以下步骤：(1)、基于非共振周期信号的多频参数激励实现对Lorenz方程的混沌控制，并根据导波信号构造Lorenz振子信号检测系统；(2)计算在无信号输入情况下Lorenz振子信号检测系统随强迫激励信号幅值F变化的Lyapunov指数；(3)将经Hanning窗调制的超声导波信号输入Lorenz振子信号检测系统，并计算输入超声导波信号后随强迫激励信号幅值F变化的Lyapunov指数；(4)在输入标准超声导波信号前后系统对应的两个L1乘积小于0的区域，选择两个L1差值的绝对值最大时所对应的强迫激励信号幅值F的数值作为Lorenz振子信号检测系统的激励值；(5)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；(6)将接收信号输入已选取了强迫策动力值的Lorenz振子信号检测系统中，若L1＜0，则检测物完好无损；若L1＞0，则检测物中含有缺陷。通过上述步骤设计，本专利技术的新式超声导波检测方法能够有效地应用于对低信噪比的超声导波信号进行识别，且该新式超声导波检测方法通过消除或降低导波信号对单频激励Lorenz振子检测系统的非平衡相变规律的不确定影响，以提高信号识别的准确性。附图说明下面利用附图来对本专利技术进行进一步的说明，但是附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制。图1是本专利技术的流程图；图2a是本专利技术的实施例中经Hanning窗调制的10周期、中心频率为70kHz的超声导波信号的时域图。图2b是本专利技术的实施例中经Hanning窗调制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新式超声导波检测方法，其特征在于，包括有以下步骤，具体的：(1)、基于非共振周期信号的多频参数激励实现对Lorenz方程的混沌控制，并根据导波信号构造Lorenz振子信号检测系统；(2)计算在无信号输入情况下Lorenz振子信号检测系统随强迫激励信号幅值F变化的Lyapunov指数；(3)将经Hanning窗调制的超声导波信号输入Lorenz振子信号检测系统，并计算输入超声导波信号后随强迫激励信号幅值F变化的Lyapunov指数；(4)在输入标准超声导波信号前后系统对应的两个L1乘积小于0的区域，选择两个L1差值的绝对值最大时所对应的强迫激励信号幅值F的数值作为Lorenz振子信号检测系统的激励值；(5)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；(6)将接收信号输入已选取了强迫策动力值的Lorenz振子信号检测系统中，若L1＜0，则检测物完好无损；若L1＞0，则检测物中含有缺陷；其中，步骤(1)所述的基于非共振周期信号的多频参数激励实现对Lorenz方程实现混沌控制，并构造Lorenz振子信号检测系统具体如下：a、选取Lorenz方程，如下式：...

【技术特征摘要】
1.一种新式超声导波检测方法，其特征在于，包括有以下步骤，具体的：(1)、基于非共振周期信号的多频参数激励实现对Lorenz方程的混沌控制，并根据导波信号构造Lorenz振子信号检测系统；(2)计算在无信号输入情况下Lorenz振子信号检测系统随强迫激励信号幅值F变化的Lyapunov指数；(3)将经Hanning窗调制的超声导波信号输入Lorenz振子信号检测系统，并计算输入超声导波信号后随强迫激励信号幅值F变化的Lyapunov指数；(4)在输入标准超声导波信号前后系统对应的两个L1乘积小于0的区域，选择两个L1差值的绝对值最大时所对应的强迫激励信号幅值F的数值作为Lorenz振子信号检测系统的激励值；(5)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；(6)将接收信号输入已选取了强迫策动力值的Lorenz振子信号检测系统中，若L1＜0，则检测物完好无损；若L1＞0，则检测物中含有缺陷；其中，步骤(1)所述的基于非共振周期信号的多频参数激励实现对Lorenz方程实现混沌控制，并构造Lorenz振子信号检测系统具体如下：a、选取Lorenz方程，如下式：其中，σ、r、b是Lorenz振子的参数，设有待测导波信号s(t)，由于导波信号是由多个单音频加Hanning窗调制而成，这样的信号主瓣高，旁瓣迅速衰减，但信号本身含有多个频率，因此可将不含噪声的待检信号s(t)分解成不同频率谐波叠加的形式b、将不含噪声的待测导波信号作为Lorenz振子激励项因子，并基于非共振的多频周期信号对Lorenz系统进行多频率参数激励，如式(2)所示：其中，是控制系统运动状态的激励信号，F是...

【专利技术属性】
技术研发人员：温宇立，马宏伟，武静，林荣，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东,44