一种基于内外检测信号特征提取的管道缺陷内外辨识方法技术

一种基于内外检测信号特征提取的管道缺陷内外辨识方法，属于管道缺陷识别技术领域；该方法包括：内外检测信号高斯滤波；内外检测信号的瓣间信号插值；根据各路内外检测信号标准差和内外检测信号检测阈值判断内外检测信号是否异常，对异常内外检测信号根据里程添加标识1；识构造奇异标识矩阵并对存在内缺陷的内外检测信号添加内外检测标识1；将缺陷与内外检测标识为1的内外检测信号进行匹配，能匹配缺陷为内缺陷，实现管道缺陷内外辨识；本发明专利技术采用标识错位叠加法，减小测量误差和噪声干扰；采用三次样条插值防止缺陷漏检；检测阈值可适应当前方向的实际管道环境，提高缺陷判定精确性；可根据插值信号设定匹配阈值，内外判定结果更准确。

An internal and external identification method of Pipeline Defects Based on feature extraction of internal and external detection signals

A pipeline defect identification method of feature extraction and detection and signal based, belongs to the pipeline defect recognition technology field; the method includes: inside and outside the Gauss filter detection signal; signal detection signal of the valve between the inside and outside interpolation; according to the signal detection of various internal and external and internal standard deviation detection signal detection threshold and detection of abnormal signal is abnormal. Inside and outside the detection signal according to the mileage added mark 1; general singular matrix and the existence of defects in the signal detection and the detection and identification of 1 will be added; and identifying the internal and external defects inside and outside the detection signal 1, can match the defects as internal defects, realize pipeline defect identification and identification; the invention adopts dislocation superposition method and reduce the measurement error and noise interference; using three spline interpolation to prevent undetected flaws; the detection threshold can adapt to The actual pipeline environment in the current direction can improve the accuracy of defect determination. The matching threshold can be set according to the interpolation signal, and the result is more accurate inside and outside.

【技术实现步骤摘要】
一种基于内外检测信号特征提取的管道缺陷内外辨识方法
本专利技术属于管道缺陷识别
，具体涉及一种基于内外检测信号特征提取的管道缺陷内外辨识方法。
技术介绍
近几十年来，对于油气的输送过程中，管道由于其自身的优点成为了主要的输送手段。长年运行的油气管道在应力、磨损、腐蚀等自然因素或人为因素的损坏下，逐渐出现各种缺陷，有些缺陷对管道的正常运输工作构成威胁，一旦管道发生事故或者泄漏，这将是无法估量的经济损失，同时还会对环境造成巨大的污染，因此，为保障油气输送的安全，对管道进行定期的、有计划的安全检测是非常重要的。基于内外信号的检测技术与其他常用的无损检测技术相比有其独特的优点：对于金属管、棒和线材的检测，无需在被测试件上涂抹耦合剂，易于实现自动化；能在高温、高速下进行检测；能进行多种测量，并能对疲劳裂纹监控；工艺简单、操作容易、检测速度快。检测时不需要与被测试件接触，这与超声波检测技术相比是内外信号检测技术的一大优势。漏磁检测技术已经能够检测出油气管道的缺陷，对管道内外壁缺陷的灵敏度是相同的，但对于管道内外壁缺陷无法进行区别，内外信号检测技术对其管道表面缺陷具有高的检测灵敏度和分辨率，这样需要设计一种根据内外信号特征来辅助辨别管道内外缺陷的方法。因此，对内外检测信号的特征研究对于管道的日常维护和安全检测有很大意义。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足，本专利技术提供一种基于内外检测信号特征提取的管道缺陷内外辨识方法。本专利技术的技术方案：一种基于内外检测信号特征提取的管道缺陷内外辨识方法，包括：步骤1：获取待识别管道实际腐蚀状况，并根据腐蚀状况构造滤波矩阵；步骤2：采集待识别管道内外检测信号，利用滤波矩阵对内外检测信号进行高斯滤波；步骤3：采用三次样条插值对滤波后的内外检测信号的瓣间信号进行插值，得到插值后内外检测信号；步骤4：计算插值后各路内外检测信号标准差USTD：其中，N为各路内外信号检测传感器测量点数，ui为i点内外检测信号的电压值，i＝1，2，…，N，Kv＝(umax+umin)/2Uav，为标准差优化系数，umax、umin分别为ui的最大值、最小值；步骤5：设定内外检测信号检测阈值，根据标准差USTD和检测阈值依次判断i点内外检测信号是否异常，异常，i点可能存在管道内缺陷，为i点的内外检测信号根据里程添加标识Flagi＝1，否则，为i点的内外检测信号根据里程添加标识Flagi＝0；步骤6：判断标识Flagi＝1的内外检测信号是否为内缺陷：步骤6-1：利用内外检测信号标识Flagi，使用标识错位叠加法构造奇异标识矩阵：取i点及其前后相邻的各三个点的标识值作为奇异标识矩阵F的第一行，之后每一行由上一行的值右移一位得到，奇异标识矩阵F如下所示：其中，矩阵F的维数根据管道实际特征和腐蚀状况确定；步骤6-2：根据奇异标识矩阵判断标识Flagi＝1的内外检测信号是否为内缺陷，是，记录该内外检测信号的内外检测标识InOutIndex＝1，否则，记录该内外检测信号的内外检测标识InOutIndex＝0；所述根据奇异标识矩阵判断标识Flagi＝1的内外检测信号是否为内缺陷的具体方法为：计算Flagi＝1的内外检测信号对应列的各项标识之和FNi，即FNi＝Flagi+Flagi-1+Flagi-2+Flagi-3+Flagi+3+Flagi+2+Flagi+1；设定FNi的最大值阈值FNmax和最小值阈值FNmin，最大值阈值FNmax应当小于管道组件包括焊缝、法兰等对应的里程点个数，最小值阈值FNmin应当大于选定的微小缺陷类型对应的里程点个数。判断标识之和FNi与阈值的关系：当FNmin＜FNi＜FNmax，i点为内缺陷，记录i点内外检测标识符InOutIndex＝1；当FNi＜FNmin，i点为微小缺陷，记录i点内外检测标识符InOutIndex＝0；当FNi＞FNmax，i点为管道组件，记录i点内外检测标识符InOutIndex＝0。步骤7：将内外检测信号中缺陷与内外检测标识InOutIndex＝1的内外检测信号的位置和时钟信息进行匹配，能够匹配的缺陷为内缺陷，不能匹配为外缺陷，实现管道缺陷内外辨识，具体方法为：步骤7-1：设定位置匹配阈值S和时钟方向匹配阈值θ；步骤7-2：判断内外检测信号中缺陷信号与内外检测标识InOutIndex＝1的内外检测信号的位置差和时钟信息偏差是否均小于阈值，是，缺陷信号为内缺陷，否则，缺陷信号为外缺陷，实现管道缺陷内外辨识。有益效果：一种基于内外检测信号特征提取的管道缺陷内外辨识方法与现有技术相比，具有如下优势：(1)分析过程中采用标识错位叠加法，能够减小测量误差和噪声干扰；(2)对于未检测到的内外信号，采用三次样条插值，有效防止缺陷漏检；(3)根据每个方向上的内外检测信号设定不同的检测阈值，使检测阈值能够适应当前方向的实际管道环境，提高缺陷判定的精确性；(4)缺陷匹配过程中，根据插值信号的范围大小设定轴向和纵向匹配阈值，使内外判定结果更为准确。附图说明图1为本专利技术一种实施方式的基于内外检测信号特征提取的管道缺陷内外辨识方法流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的一种实施方式作详细说明。如图1所示，本实施方式的基于内外检测信号特征提取的管道缺陷内外辨识方法，包括如下步骤：步骤1：获取待识别管道实际腐蚀状况，并根据腐蚀状况构造滤波矩阵；本实施方式中，选定滤波矩阵大小为7*7，标准差为2，实际计算过程中根据管道腐蚀程度和信号波动微调整。步骤2：采集待识别管道内外检测信号，利用滤波矩阵对内外检测信号进行高斯滤波；步骤3：缺陷的长宽尺寸决定了缺陷跨越的检测传感器位置。当缺陷尺寸较小或位于两路检测传感器之间时，缺陷相邻的两路传感器信号可能较为微弱，信号无法被内外检测信号传感器正常采集到，这将影响到缺陷的内外标定和后期的缺陷匹配过程，因此需要跟据缺陷相邻的两路内外检测信号对传感器之间区域信号插值计算，采用三次样条插值对滤波后的内外检测信号的瓣间信号进行插值，得到插值后内外检测信号。本实施方式中，实际检测过程中采用的12路传感器进行管道圆周360°数据采集，因此需要对每个里程点的12路信号进行插值，插值的实际位置是在当前里程点的管道切面上进行的，在当前切面上利用12路圆周位置和信号大小，插值得到当前切面上传感器未覆盖的检测区域信号，因此对于实际的管道上某一里程点，首先需要的得到当前里程点的管道切面信息，从而三次样条插值函数由以下公式确定：其中，Sj(x)为当前里程点管道圆周上第j路检测信号对应的插值函数，xj为当前里程点的第i路传感器的圆周位置，x∈[xj-1,xj]，j＝1,2,...,12，yj为对应点的内外检测信号大小，M是插值信号的二阶导数，作为中间变量，记做：Sj"(xj)＝Mj，hj为相邻的两路检测信号之间的圆周距离即hj＝xj-xj-1；步骤4：计算插值后各路内外检测信号标准差USTD：其中，ui为i点内外检测信号的电压值，i＝1,2,…,N，N为各路内外信号检测传感器测量点数，Kv＝(umax+umin)/2Uav，为标准差优化系数，umax、umin分别为uj的最大值、最小值；上式的推导过程为：统计传感器测量点数N＝S/d，式中S表示的是检测管道总里程，d表示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于内外检测信号特征提取的管道缺陷内外辨识方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：获取待识别管道实际腐蚀状况，并根据腐蚀状况构造滤波矩阵；步骤2：采集待识别管道内外检测信号，利用滤波矩阵对内外检测信号进行高斯滤波；步骤3：采用三次样条插值法对滤波后的内外检测信号的瓣间信号进行插值，得到插值后的内外检测信号；步骤4：计算插值后各路内外检测信号标准差USTD；步骤5：设定内外检测信号检测阈值，根据标准差USTD和检测阈值依次判断i点内外检测信号是否异常，是，为i点的内外检测信号根据里程添加标识Flagi＝1，否则，为i点的内外检测信号根据里程添加标识Flagi＝0；步骤6：判断标识Flagi＝1的内外检测信号是否为内缺陷：步骤6‑1：利用内外检测信号标识Flagi，使用标识错位叠加法构造奇异标识矩阵；步骤6‑2：根据奇异标识矩阵判断标识Flagi＝1的内外检测信号是否为内缺陷，是，记录该内外检测信号的内外检测标识InOutIndex＝1，否则，记录该内外检测信号的内外检测标识InOutIndex＝0；步骤7：将内外检测信号中缺陷与内外检测标识InOutIndex＝1的内外检测信号的位置和时钟信息进行匹配，能够匹配的缺陷为内缺陷，不能匹配为外缺陷，实现管道缺陷内外辨识。...

【技术特征摘要】
1.一种基于内外检测信号特征提取的管道缺陷内外辨识方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：获取待识别管道实际腐蚀状况，并根据腐蚀状况构造滤波矩阵；步骤2：采集待识别管道内外检测信号，利用滤波矩阵对内外检测信号进行高斯滤波；步骤3：采用三次样条插值法对滤波后的内外检测信号的瓣间信号进行插值，得到插值后的内外检测信号；步骤4：计算插值后各路内外检测信号标准差USTD；步骤5：设定内外检测信号检测阈值，根据标准差USTD和检测阈值依次判断i点内外检测信号是否异常，是，为i点的内外检测信号根据里程添加标识Flagi＝1，否则，为i点的内外检测信号根据里程添加标识Flagi＝0；步骤6：判断标识Flagi＝1的内外检测信号是否为内缺陷：步骤6-1：利用内外检测信号标识Flagi，使用标识错位叠加法构造奇异标识矩阵；步骤6-2：根据奇异标识矩阵判断标识Flagi＝1的内外检测信号是否为内缺陷，是，记录该内外检测信号的内外检测标识InOutIndex＝1，否则，记录该内外检测信号的内外检测标识InOutIndex＝0；步骤7：将内外检测信号中缺陷与内外检测标识InOutIndex＝1的内外检测信号的位置和时钟信息进行匹配，能够匹配的缺陷为内缺陷，不能匹配为外缺陷，实现管道缺陷内外辨识。2.根据权利要求1所述的基于内外检测信号特征提取的管道缺陷内外辨识方法，其特征在于，所述计算插值后各路内外检测信号标准差USTD的具体方法为：其中，ui为i点内外检测信号的电压值，i＝1,2,…,N，N为各路内外信号检测传感器测量点数，Kv＝(umax+umin)/2Uav，为标准差优化系数，umax、umin分别为ui的最大值、最小值。3.根据权利要求1所述的基于内外检测信号特征提取的管道缺陷内外辨识方法，其特征在于，所述使用标识错位叠加法构造奇异标识矩阵的具体方法为：取i点及其前后相邻的各三个点的标识值作为奇异标识矩阵F的第一行，之后每一行由上一行的值右移一位得到，奇异标识矩阵F如下所示：

【专利技术属性】
技术研发人员：冯宇霖，周瑜，吴振宁，刘金海，张化光，马大中，汪刚，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21