管道损伤监测方法及装置制造方法及图纸

本申请实施例提供一种管道损伤监测方法及装置，所述方法包括：获取待测管道在役时的监测信号和预先确定的基准马氏空间；对所述监测信号进行特征提取，得到所述监测信号的监测特征向量；根据所述监测特征向量和基于所述监测特征向量所构建的监测特征矩阵，确定所述监测信号的监测马氏距离；对所述监测马氏距离与所述基准马氏空间进行比较，得到所述监测马氏距离与所述基准马氏空间之间的偏离程度；根据所述偏离程度确定所述待测管道的损伤状态。所述偏离程度确定所述待测管道的损伤状态。所述偏离程度确定所述待测管道的损伤状态。

【技术实现步骤摘要】
管道损伤监测方法及装置


[0001]本申请涉及无损检测领域，涉及但不限于一种管道损伤监测方法及装置。

技术介绍

[0002]近年来，随着经济快速发展，对石油燃气等能源的需求日益旺盛，一方面，压力管道因为占地小、运输量大和运输成本低廉稳定等优点成为能源运输的主要方式；但另一方面，由于管网覆盖面积进一步扩大，部分在役管道建设年限较高，管道容易出现损耗缺陷，使得输送设备的运行风险不断上升，一旦发生事故，将严重影响到公众生命财产安全，造成不可估量的损失以及恶劣影响。
[0003]管道腐蚀是引起管道事故的一大重要原因，管道腐蚀分为外腐蚀和内腐蚀，其中，外腐蚀主要是冲刷腐蚀、土壤腐蚀等；内腐蚀主要由运输介质中的腐蚀成分造成，管道腐蚀容易导致管道损伤，出现穿孔以及爆管的情况，引发介质泄漏等一系列安全事故。
[0004]超声导波技术是当前针对压力管道检测的无损检测方法。但是，由于管道具有复杂性和隐蔽性，且管道系统的规模日益扩大，运行环境复杂，传统的超声无损检测手法，例如超声检测、电磁探伤或渗透探伤等单点式检测方法，都无法满足结构健康检测中对时效性、可靠性、大范围性、经济性和安全性的要求。因此，需要对在役管道的安全性提出了更高的要求，提出可靠、有效的管道健康运行状态的在线监测技术和方法是急需解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请实施例提供一种管道损伤监测方法及装置。
[0006]第一方面，本申请实施例提供一种管道损伤监测方法，方法包括：
[0007]获取待测管道在役时的监测信号和预先确定的基准马氏空间；
[0008]对所述监测信号进行特征提取，得到所述监测信号的监测特征向量；
[0009]根据所述监测特征向量和基于所述监测特征向量所构建的监测特征矩阵，确定所述监测信号的监测马氏距离；
[0010]对所述监测马氏距离与所述基准马氏空间进行比较，得到所述监测马氏距离与所述基准马氏空间之间的偏离程度；
[0011]根据所述偏离程度确定所述待测管道的损伤状态。
[0012]在一些实施例中，确定所述基准马氏空间的步骤包括：
[0013]获取所述待测管道的健康回波信号和受损回波信号；
[0014]对所述健康回波信号和所述受损回波信号进行自适应噪声完备集合经验模态CEEMD分解，得到所述健康回波信号的健康特征参数和所述受损回波信号的受损特征参数；
[0015]根据所述健康特征参数，构建所述健康回波信号对应的健康特征矩阵；
[0016]计算在所述健康特征矩阵下所述健康回波信号的马氏距离，并整合所述健康回波信号的马氏距离得到马氏空间；
[0017]基于所述受损特征参数，通过田口优化方法计算所述健康回波信号的基准马氏距
离，并整合所述基准马氏距离得到所述基准马氏空间。
[0018]在一些实施例中，在获取所述待测管道的健康回波信号和受损回波信号之前，所述方法还包括：
[0019]在所述待测管道上设置监测点，其中，所述监测点对应一导波换能器，所述导波换能器用于接收回波信号；
[0020]获取所述待测管道的健康回波信号和受损回波信号的步骤，包括：
[0021]通过导波信号采集系统，在所述监测点激励并接收第一组回波信号，将所述第一组回波信号确定为原始健康回波信号；
[0022]通过置于所述待测管道上的目标损伤对象，模拟管道受损情况；
[0023]在所述待测管道受损情况下，在所述监测点激励并接收第二组回波信号，将所述第二组回波信号确定为原始受损回波信号；
[0024]根据所述原始健康回波信号和所述原始受损回波信号，建立信号基准库；
[0025]对所述原始健康回波信号和所述原始受损回波信号进行信号预处理，并采用小波去噪法对预处理后的原始健康回波信号和预处理后的原始受损回波信号进行滤波；
[0026]将滤波后的原始健康回波信号确定为所述待测管道的健康回波信号，将滤波后的原始受损回波信号，确定为所述待测管道的受损回波信号。
[0027]在一些实施例中，所述信号基准库中信号的数量为2N，其中，所述原始健康回波信号的数量与所述原始受损回波信号的数量均为N，N为大于或等于1的整数。
[0028]在一些实施例中，回波信号包括健康回波信号和受损回波信号；
[0029]对所述健康回波信号和所述受损回波信号进行CEEMD分解，得到所述健康回波信号的健康特征参数和所述受损回波信号的受损特征参数，包括：
[0030]对所述回波信号进行CEEMD分解，得到多个固有模态分量IMF，其中，固有模态分量IMF的计算通式为：
[0031][0032]其中，是通过CEEMD分解获得的第k+1个固有模态分量；E
k
(
·
)是经过CEEMD分解得到的第k个信号模态分量；
[0033]在所述回波信号x(n)中加入高斯白噪声，得到处理后的回波信号x
(i)
：
[0034]x
(i)
＝x
n
+α
k
w
(i)
；
[0035]其中，w
i
＝(i＝1,2,
…
,n)是第i次进行CEEMD分解时加入的高斯白噪声；每阶经验模态分解需要进行L次，α
k
系数表示在每阶模态分解时选择的噪声系数；
[0036]获取对所述回波信号进行L次CEEMD分解所得到当阶的L个固有模态分量IMF；
[0037]对L个固有模态分量IMF进行加权平均，得到每阶CEEMD分解阶段的固有模态分量
[0038][0039]将所述回波信号减去CEEMD分解得到的所述固有模态分量的结果确定为剩余信号，所述剩余信号表示为：
[0040][0041]对剩余信号r
k
进行CEEMD分解，直到剩余信号r
k
无法进行分解为止，以使得原始信号x
i
分解为多个固有模态分量IMF和残留信号r；其中，原始信号x
i
表示为：
[0042][0043]其中，残留信号r为经过CEEMD分解后所残留的信号；K为CEEMD分解的次数；
[0044]确定第k个固有模态分量IMF与回波信号之间的相关系数，得到固有模态分量IMF与回波信号的相关系数序列；
[0045]根据所述相关系数对所述回波信号进行信号特征提取，得到所述健康回波信号的健康特征参数和所述受损回波信号的受损特征参数。
[0046]在一些实施例中，确定第k个固有模态分量IMF与回波信号之间的相关系数，得到固有模态分量IMF与回波信号的相关系数序列，包括：
[0047]固有模态分量IMF与处理后的回波信号x
(i)
的相关系数re为：
[0048][0049]其中，re
k
为第k个固有模态分量IMF与处理后的回本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管道损伤监测方法，其特征在于，所述方法包括：获取待测管道在役时的监测信号和预先确定的基准马氏空间；对所述监测信号进行特征提取，得到所述监测信号的监测特征向量；根据所述监测特征向量和基于所述监测特征向量所构建的监测特征矩阵，确定所述监测信号的监测马氏距离；对所述监测马氏距离与所述基准马氏空间进行比较，得到所述监测马氏距离与所述基准马氏空间之间的偏离程度；根据所述偏离程度确定所述待测管道的损伤状态。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述基准马氏空间的步骤包括：获取所述待测管道的健康回波信号和受损回波信号；对所述健康回波信号和所述受损回波信号进行自适应噪声完备集合经验模态CEEMD分解，得到所述健康回波信号的健康特征参数和所述受损回波信号的受损特征参数；根据所述健康特征参数，构建所述健康回波信号对应的健康特征矩阵；计算在所述健康特征矩阵下所述健康回波信号的马氏距离，并整合所述健康回波信号的马氏距离得到马氏空间；基于所述受损特征参数，通过田口优化方法计算所述健康回波信号的基准马氏距离，并整合所述基准马氏距离得到所述基准马氏空间。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在获取所述待测管道的健康回波信号和受损回波信号之前，所述方法还包括：在所述待测管道上设置监测点，其中，所述监测点对应一导波换能器，所述导波换能器用于接收回波信号；获取所述待测管道的健康回波信号和受损回波信号的步骤，包括：通过导波信号采集系统，在所述监测点激励并接收第一组回波信号，将所述第一组回波信号确定为原始健康回波信号；通过置于所述待测管道上的目标损伤对象，模拟管道受损情况；在所述待测管道受损情况下，在所述监测点激励并接收第二组回波信号，将所述第二组回波信号确定为原始受损回波信号；根据所述原始健康回波信号和所述原始受损回波信号，建立信号基准库；对所述原始健康回波信号和所述原始受损回波信号进行信号预处理，并采用小波去噪法对预处理后的原始健康回波信号和预处理后的原始受损回波信号进行滤波；将滤波后的原始健康回波信号确定为所述待测管道的健康回波信号，将滤波后的原始受损回波信号，确定为所述待测管道的受损回波信号。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，回波信号包括健康回波信号和受损回波信号；对所述健康回波信号和所述受损回波信号进行CEEMD分解，得到所述健康回波信号的健康特征参数和所述受损回波信号的受损特征参数，包括：对所述回波信号进行CEEMD分解，得到多个固有模态分量IMF，其中，固有模态分量IMF的计算通式为：
其中，是通过CEEMD分解获得的第k+1个固有模态分量；E
k
(
·
)是经过CEEMD分解得到的第k个信号模态分量；在所述回波信号x(n)中加入高斯白噪声，得到处理后的回波信号x
(i)
：x
(i)
＝x
n
+α
k
w
(i)
；其中，w
i
＝(i＝1,2,
…
,n)是第i次进行CEEMD分解时加入的高斯白噪声；每阶经验模态分解需要进行L次，α
k
系数表示在每阶模态分解时选择的噪声系数；获取对所述回波信号进行L次CEEMD分解所得到当阶的L个固有模态分量IMF；对L个固有模态分量IMF进行加权平均，得到每阶CEEMD分解阶段的固有模态分量对L个固有模态分量IMF进行加权平均，得到每阶CEEMD分解阶段的固有模态分量将所述回波信号减去CEEMD分解得到的所述固有模态分量的结果确定为剩余信号，所述剩余信号表示为：对剩余信号r
k
进行CEEMD分解，直到剩余信号r
k
无法进行分解为止，以使得原始信号x
i
分解为多个固有模态分量IMF和残留信号r；其中，原始信号x
i
表示为：其中，残留信号r为经过CEEMD分解后所残留的信号；K为CEEMD分解的次数；确定第k个固有模态分量IMF与回波信号之间的相关系数，得到固有模态分量IMF与回波信号的相关系数序列；根据所述相关系数对所述回波信号进行信号特征提取，得到所述健康回波信号的健康特征参数和所述受损回波信号的受损特征参数。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，确定第k个固有模态分量IMF与回波信号之间的相关系数，得到固有模态分量IMF与回波信号的相关系数序列，包括：固有模态分量IMF与处理后的回波信号x
(i)
的相关系数re为：其中，re
k
为第k个固有模态分量IMF与处理后的回波信号x
(i)
的相关系数；为加入高斯白噪声的回波信号均值；IMF
k
为第k次模态分解的固有模态分量；为第k次进行多次分解的固有模态分量平均值；为加入高斯白噪声的回波信号标准差；σ
IMF
为第k个固有模态分量标准差；E[]为统计平均值；根据每一固有模态分量IMF与回波信号之间的相关系数，对相关系数re
k
进行筛选排序，得到相关系数序列：
re1'＞＞re2'＞＞re3'＞＞
…
＞＞re
k
'。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴锦豪，王强，吴琳琳，柳青，周海婷，陈家焱，叶宇峰，宋俊俊，
申请(专利权)人：浙江省特种设备科学研究院，
类型：发明
国别省市：