一种应用于多芯线缆损伤检测的超声导波两点激励方法技术

本发明专利技术公开一种应用于多芯线缆损伤检测的超声导波两点激励方法，步骤是：在多芯线缆表面上布置一个传感器和两个激励器，两个激励器在线缆的上下表面对称分布，传感器与第一激励器相邻设置；将激励信号通过两个激励器一起加载，此即两点同相激励，采集传感器接收到的回波信号；在时域中给激励信号的幅值取负，获得其反相信号；将反相信号通过某一激励器加载，将原始信号通过另一个激励器加载，此即两点反相激励，采集传感器接收到的回波信号。该方法可以实现回波信号中的模态选择，增强所需模态幅值，抑制无关模态与其他噪音，大幅提高信噪比，降低信号处理难度，延长导波传播距离。延长导波传播距离。延长导波传播距离。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于多芯线缆损伤检测的超声导波两点激励方法


[0001]本专利技术涉及多芯线缆损伤检测领域，尤其是涉及一种应用于多芯线缆损伤检测的超声导波两点激励方法。

技术介绍

[0002]如今的人类社会，多芯线缆的应用非常广泛。如桥梁斜拉索，高压电缆，光缆和数据电缆等。这些应用在各个领域各个角落的线缆，将整个人类社会连接起来，其重要性不言而喻。这些线缆若是出现损伤，又无法及时准确得检测出来，将会给社会与国民经济造成重大损失。以多芯线缆中的高压电缆为例。近年来电力系统中的高压多芯线缆因为退化、随机过载和腐蚀等原因造成的损伤，直接威胁电力系统的安全。在此背景下，对多芯线缆进行损伤检测则具有重要意义。
[0003]在目前结构健康检测技术中，超声导波无损检测技术拥有能够检测全面、检测效率高的优势，已在多芯电缆和钢绞线上实现了一定范围内的损伤检测，验证了超声导波无损检测技术对多芯线缆损伤检测的可行性。
[0004]公开号为CN110542723B的中国专利于2020年4月24日公开了一种基于导波信号稀疏分解及损伤定位的两阶段损伤位置识别方法，涉及超声无损检测领域。是为了解决稀疏表示在超声导波信号重叠波包识别中存在的字典设计方法和信号稀疏分解算法不够完善，进而导致超声导波信号分析得到的结果不够精确的问题。利用惩罚项使系数向量尽可能稀疏，大大降低了噪声与字典原子匹配的可能性；利用导波的传播模型设计字典矩阵，其中考虑导波的频散、多模态和模态转换问题，以线性分解的形式识别重叠波形，相比常规的信号处理方法更具有优势；采用基于稀疏贝叶斯学习的稀疏优化求解算法，在处理稀疏表示这类欠定线性问题方面具有独特的优势，对噪声的鲁棒性也更好。
[0005]但是超声导波在多芯线缆中激发后，其模态较多，且各模态互相干扰，分散能量，导致传播距离不够长，信噪比减小，信号分析难度大等问题，该方法在损伤定位方面的应用也有进一步提升的空间。

技术实现思路

[0006]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种应用于多芯线缆损伤检测的超声导波两点激励方法，通过引入两点激励方法对线缆损伤检测技术进行研究。基于同相波与反相波的相互作用机理，根据线缆的几何形状，提出两点同相、反相激励方法。此方法较好地实现模态选择，即增强所需模态幅值，抑制无关模态与其他噪音，大幅提高信噪比，降低信号处理难度，延长导波传播距离。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：
[0008]在多芯线缆上，相邻布置第一激励器和传感器；在多芯线缆上与第一激励器轴线对称的位置布置第二激励器；扫频加载激励信号至第一激励器，通过传感器接收回波信号，选择回波信号幅值最大的频率作为激励频率f；分别通过两点同相激励和两点反相激励的
方式获取两路回波信号；确定两路回波信号中幅值最大的回波信号。
[0009]上述技术方案中，在多芯线缆表面上布置一个传感器和两个激励器，两个激励器在线缆的上下表面对称分布，传感器与第一激励器位置相邻；通过两点同相激励，采集传感器接收到的同相回波信号；通过两点反相激励，采集传感器接收到反相回波信号。该方法可以实现回波信号中的模态选择，增强所需模态幅值，抑制无关模态与其他噪音，大幅提高信噪比，降低信号处理难度，延长导波传播距离。
[0010]优选地，获取两路回波信号的方式进一步包括：将频率为f的激励信号通过第一激励器和第二激励器加载，通过传感器获得两点同相激励后的回波信号；将频率为f的激励信号反相，得到反相信号，将反相信号通过第一激励器/第二激励器加载，将频率为f的激励信号通过第二激励器/第一激励器加载，通过传感器获得两点反相激励后的回波信号。
[0011]优选地，获取两路回波信号的方式进一步包括：将频率为f的激励信号反相，得到反相信号，将反相信号通过第一激励器/第二激励器加载，将频率为f的激励信号通过第二激励器/第一激励器加载，通过传感器获得两点反相激励后的回波信号；将频率为f的激励信号通过第一激励器和第二激励器加载，通过传感器获得两点同相激励后的回波信号。
[0012]优选地，在时域中，将频率为f的激励信号的幅值取负获取反相信号。将所获取的反相信号加载到激励器上，使传感器获得反相回波信号，用于后续的波形幅值比较和模态判断。
[0013]优选地，加载至第一激励器的激励信号为五波峰窄带信号。五波峰窄带信号含有丰富的谐波分量，具有更高的灵敏度、和更快的响应速度。
[0014]优选地，根据超声导波在多芯线缆中的频散曲线图，在30KHz至350KHz的频率范围内，扫频加载五波峰窄带信号。在30KHz至350KHz频率范围内的五波峰窄带信号可以有效检测传输介质的工作状态，在超声导波无损检测领域广泛运用，使检测结果更加准确。
[0015]优选地，多芯线缆为铝制线缆。铝制线缆作为目前普及率较高的线缆，拥有良好的抗拉强度和伸长性，安全、稳定，使用寿命长。
[0016]优选地，第一激励器、第二激励器和传感器均为压电传感器。压电传感器具有频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻的特点。
[0017]优选地，如果获得的回波信号的幅值为零，则所检测的多芯线缆无损伤。若线缆无损伤，则传感器不会检测到回波信号。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0019](1)通过在多芯线缆上，相邻布置第一激励器和传感器；在多芯线缆上与第一激励器轴线对称的位置布置第二激励器；扫频加载激励信号至第一激励器，通过传感器接收回波信号，选择回波信号幅值最大的频率作为激励频率f；分别通过两点同相激励和两点反相激励的方式获取两路回波信号；确定两路回波信号中幅值最大的回波信号。为实现多芯线缆的损伤检测提供了技术方法
[0020](2)将频率为f的激励信号通过第一激励器和第二激励器加载，通过传感器获得两点同相激励后的回波信号；将频率为f的激励信号反相，得到反相信号，将反相信号通过某一激励器加载，将频率为f的激励信号通过另一激励器加载，通过传感器获得两点反相激励后的回波信号。可以较好地实现模态选择，增强所需模态幅值，抑制无关模态与其他噪音，大幅提高信噪比，降低信号处理难度。
[0021](3)本专利技术设置的激励信号为在30KHz至350KHz频率范围内的五波峰窄带信号，具有更高的灵敏度、和更快的响应速度，可以提高线缆的损伤检测的准确性。
[0022](4)本专利技术设置的第一激励器、第二激励器和传感器均为压电传感器，检测频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠、重量轻。
附图说明
[0023]图1是本专利技术实施例中一种应用于多芯线缆损伤检测的超声导波两点激励方法的流程图；
[0024]图2是本专利技术实施例中建立的损伤线缆仿真示意图；
[0025]图3是本专利技术实施例中窄带激励信号的波形时域图；
[0026]图4a是本专利技术实施例中两点同相激励方法中布局示意图的主视图；
[0027]图4b是本专利技术实施例中两点同相激励方法中布局示意图的左视图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于多芯线缆损伤检测的超声导波两点激励方法，其特征在于，包括：在多芯线缆上，相邻布置第一激励器和传感器；在多芯线缆上与第一激励器轴线对称的位置布置第二激励器；扫频加载激励信号至第一激励器，通过传感器接收回波信号，选择回波信号幅值最大的频率作为激励频率f；分别通过两点同相激励和两点反相激励的方式获取两路回波信号；确定两路回波信号中幅值最大的回波信号。2.如权利要求1所述的一种应用于多芯线缆损伤检测的超声导波两点激励方法，其特征在于，获取两路回波信号的方式进一步包括：将频率为f的激励信号通过第一激励器和第二激励器加载，通过传感器获得两点同相激励后的回波信号；将频率为f的激励信号反相，得到反相信号，将反相信号通过第一激励器/第二激励器加载，将频率为f的激励信号通过第二激励器/第一激励器加载，通过传感器获得两点反相激励后的回波信号。3.如权利要求1所述的一种应用于多芯线缆损伤检测的超声导波两点激励方法，其特征在于，获取两路回波信号的方式进一步包括：将频率为f的激励信号反相，得到反相信号，将反相信号通过第一激励器/第二激励器加载，将频率为f的激励信号通过第二激励器/第一激励器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，顾磊，李雪，张赛男，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：