本发明专利技术公开了一种基于圆窗分割相轨迹识别管道裂纹角度的方法及装置，所述方法包括以下步骤：1)在管道一侧端面激发超声导波信号，使超声导波遍历管道的所有位置；2)在距离激发端10mm处通过两个传感器收集回波信号；并记录超声导波在管道中传播的时间历程曲线，3)利用杜芬混沌系统对检测回波信号进行计算得到超声导波信号的相轨迹，再利用圆窗对相轨迹进行分割，将相轨迹划分为圆窗内和圆窗外两部分，实现从二维相图到一维时间信号的转换，根据圆窗边界线方程判断是否有损伤，若有，则提取进入圆窗的超声导波信号时间点，通过两个传感器得到的裂纹信息的时间差，计算得到管道裂纹角度信息。本发明专利技术可以预判裂纹损伤程度，具有实际的工程应用价值。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于圆窗分割相轨迹识别管道裂纹角度的方法及装置，所述方法包括以下步骤：1)在管道一侧端面激发超声导波信号，使超声导波遍历管道的所有位置；2)在距离激发端10mm处通过两个传感器收集回波信号；并记录超声导波在管道中传播的时间历程曲线，3)利用杜芬混沌系统对检测回波信号进行计算得到超声导波信号的相轨迹，再利用圆窗对相轨迹进行分割，将相轨迹划分为圆窗内和圆窗外两部分，实现从二维相图到一维时间信号的转换，根据圆窗边界线方程判断是否有损伤，若有，则提取进入圆窗的超声导波信号时间点，通过两个传感器得到的裂纹信息的时间差，计算得到管道裂纹角度信息。本专利技术可以预判裂纹损伤程度，具有实际的工程应用价值。【专利说明】基于圆窗分割相轨迹识别管道裂纹角度的方法及装置
本专利技术涉及一种管道中裂纹角度信息的识别方法，尤其是一种基于圆窗分割相轨 迹识别管道裂纹角度的方法，属于管道运输行业的损伤检测
。
技术介绍
管道运输被誉为继铁路、公路、航空、海运之后的第五大运输工具，是城市生命线 工程的重要主城部分，然而由于腐蚀、埋地（或架设）地区环境以及人为破坏等因素对管道 的安全服役形成了潜在威胁。为此有必要对管道的损伤状况进行分析识别。 为防止管道恶性事故的发生，我国每年用于油气管道维修费用达数亿元，且逐年 增加。然而，由于受检测手段的制约，管道损伤状况多数不明，往往造成盲目开挖、盲目报 废，维修缺少科学性，从而造成人力、物力的巨大浪费。低频应力波在有界结构中的传播被 称为超声导波，上世纪末，超声导波被成功用于埋地管道及其它不易直接测量结构的无损 检测与评估中。超声导波检测可利用回波信号来分析，即当导波在传播过程中遇到管道缺 陷，会有部分导波发生反射，通过分析回波信号特征，可判断出在距离测试点多远的位置可 能存在缺陷。与传统超声波检测技术相比，超声导波沿着波导结构长度方向激发，其检测范 围是"线"而非"点"，其检测范围可达50?100m。由于应力波属于体波传播，因此它可以 实现对结构表面和内部的全面检测，且具有检测速度快，检测范围广且无需去除覆盖层等 优势。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决传统超声波检测技术的缺陷，提供一种基于圆窗分割相 轨迹识别管道裂纹角度的方法，该方法利用超声导波扫描整段管道，可以识别管道中的裂 纹角度信息，预判裂纹损伤程度。 本专利技术的另一目的在于提供一种基于圆窗分割相轨迹识别管道裂纹角度的装置。 本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到： 基于圆窗分割相轨迹识别管道裂纹角度的方法，其特征在于包括以下步骤： 1)任意波形信号发生器生成需要的调制信号，通过功率放大器放大，再作用于管 道一侧端面的压电环，激发超声导波信号，使超声导波遍历管道的所有位置； 2)在距离激发端10mm处通过两个相隔一段距离的压电陶瓷传感器收集回波信 号，其中回波信号包含端面回波信号、噪声信号和淹没在噪声中的缺陷回波信号；并通过数 字示波器记录超声导波在管道中传播的时间历程曲线，由数字示波器将记录的信息传输给 计算机； 3)利用杜芬混沌系统对检测回波信号进行计算得到超声导波信号的相轨迹，再利 用圆窗对相轨迹进行分割，将相轨迹划分为圆窗内和圆窗外两部分，实现从二维相图到一 维时间信号的转换，根据圆窗边界线方程判断是否有损伤，若有，则提取进入圆窗的超声导 波信号时间点，通过两个传感器得到的裂纹信息的时间差，计算得到管道裂纹角度信息。 toon] 具体的，所述超声导波信号的函数表达式为： 【权利要求】1. 基于圆窗分割相轨迹识别管道裂纹角度的方法，其特征在于包括以下步骤： 1) 任意波形信号发生器生成需要的调制信号，通过功率放大器放大，再作用于管道一 侧端面的压电环，激发超声导波信号，使超声导波遍历管道的所有位置； 2) 在距离激发端10mm处通过两个相隔一段距离的压电陶瓷传感器收集回波信号，其 中回波信号包含端面回波信号、噪声信号和淹没在噪声中的缺陷回波信号；并通过数字示 波器记录超声导波在管道中传播的时间历程曲线，由数字示波器将记录的信息传输给计算 机； 3) 利用杜芬混沌系统对检测回波信号进行计算得到超声导波信号的相轨迹，再利用圆 窗对相轨迹进行分割，将相轨迹划分为圆窗内和圆窗外两部分，实现从二维相图到一维时 间信号的转换，根据圆窗边界线方程判断是否有损伤，若有，则提取进入圆窗的超声导波信 号时间点，通过两个传感器得到的裂纹信息的时间差，计算得到管道裂纹角度信息。2. 根据权利要求1所述的基于圆窗分割相轨迹识别管道裂纹角度的方法，其特征在 于：所述超声导波信号的函数表达式为：⑴ 其中，f。为施加信号的频率，t是时间，η是周期。3. 根据权利要求1所述的基于圆窗分割相轨迹识别管道裂纹角度的方法，其特征在 于：步骤3)所述利用杜芬混沌系统对检测回波信号进行计算得到超声导波信号的相轨迹， 具体如下： a) 选取杜芬混沌系统，如下式：C2) 其中k为阻尼比，Fcos (ω t)为驱动力项，I⑴为待检测信号； b) 选取位移X和速度v对式（2)进行改写，得到改进型杜芬混沌系统，如下式：(3) c) 将归一化的检测回波信号输入式（3)，当有超声导波信号时，改进型杜芬混沌系统 的相轨迹会发生变化，由大周期状态变换为混沌状态。4. 根据权利要求3所述的基于圆窗分割相轨迹识别管道裂纹角度的方法，其特征在 于：步骤b)中，通过Melnikov方法求得式（3)的阈值，表达式如下：(4) 其中，F为驱动力，ω为驱动力频率，设置ω = 2 π 〇· 〇7rad/μ s ~ 0· 439823rad/μ s ; 当时，系统可能会出现混沌。5. 根据权利要求4所述的基于圆窗分割相轨迹识别管道裂纹角度的方法，其特征在 于：步骤b)中，使用高精度四阶龙格-库塔法对式（3)进行求解，计算初值设定为χ = 0， i = 0, k = 0. 5, ω = 〇. 439823。6. 根据权利要求5所述的基于圆窗分割相轨迹识别管道裂纹角度的方法，其特征在 于：所述驱动力F的选取如下： 当驱动力F取值由0逐渐增大时，改进型杜芬混沌系统相轨迹经历不动点和各个周期， 逐渐进入混沌态、大周期态和奇怪吸引子，最终选取F = 0. 429,作为改进型杜芬混沌系统 位于大周期态与吸引子的临界值。7. 根据权利要求3所述的基于圆窗分割相轨迹识别管道裂纹角度的方法，其特征在 于：步骤3)所述利用圆窗对相轨迹进行分割，将相轨迹划分为圆窗内和圆窗外两部分，实 现从二维相图到一维时间信号的转换，具体如下： a) 在杜芬混沌系统相轨迹内建立与该相轨迹不相交的圆窗，具体的圆窗边界线方程 为：⑴ 式中，R为圆窗的半径，高电平1表示有损伤，低电平0表示无损伤； b) 寻找合适的圆窗半径R，使得进入圆窗的超声导波信号数量充分多，并可捕捉到准 确的信号点，选取R = 〇. 1159。8. 根据权利要求7所述的基于圆窗分割相轨迹识别管道裂纹角度的方法，其特征在 于：步骤3)所述提取进入圆窗的超声导波信号时间点，通过两个传感器得到的裂纹信息的 时间差，计算得到管道裂纹角度信息，具体如本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于圆窗分割相轨迹识别管道裂纹角度的方法，其特征在于包括以下步骤：1)任意波形信号发生器生成需要的调制信号，通过功率放大器放大，再作用于管道一侧端面的压电环，激发超声导波信号，使超声导波遍历管道的所有位置；2)在距离激发端10mm处通过两个相隔一段距离的压电陶瓷传感器收集回波信号，其中回波信号包含端面回波信号、噪声信号和淹没在噪声中的缺陷回波信号；并通过数字示波器记录超声导波在管道中传播的时间历程曲线，由数字示波器将记录的信息传输给计算机；3)利用杜芬混沌系统对检测回波信号进行计算得到超声导波信号的相轨迹，再利用圆窗对相轨迹进行分割，将相轨迹划分为圆窗内和圆窗外两部分，实现从二维相图到一维时间信号的转换，根据圆窗边界线方程判断是否有损伤，若有，则提取进入圆窗的超声导波信号时间点，通过两个传感器得到的裂纹信息的时间差，计算得到管道裂纹角度信息。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨飞，马延鋆，严寅中，马宏伟，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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