弱超声导波信号的双混沌系统检测方法技术方案

本发明专利技术提供了一种弱超声导波信号的双混沌系统检测方法，其包括：确定目标信号，构造第一混沌系统并确定第一混沌系统阈值，构建第一混沌检测系统并识别目标信号幅值，确定考虑相位影响时的第一混沌系统阈值减小量，构造第二混沌系统并构建第二混沌检测系统，联合第一混沌检测系统进行目标信号的检测和定位，进行管道缺陷定量检测以确定管道缺陷的位置和大小。本发明专利技术利用双混沌检测系统，通过相位差快速、准确地检测出缺陷回波目标信号的发生时刻，节省求解资源，提高分析效率，同时对小缺陷或远距离的检测提供方向。距离的检测提供方向。距离的检测提供方向。

【技术实现步骤摘要】
弱超声导波信号的双混沌系统检测方法


[0001]本专利技术属于超声导波无损检测方法领域，特别是一种弱超声导波信号的双混沌系统检测方法。

技术介绍

[0002]导波因其具有传播距离长、可同时检测管道表面和内部缺陷等优点，被认为在检测埋地管道、含包裹层管道中具有独特的优势，然而对于小缺陷或远距离缺陷检测，测试得到的缺陷回波往往十分微弱，甚至完全淹没在噪声信号中。
[0003]为了克服这一困难，研究人员利用混沌系统敏感性增强小缺陷来进行检测。然而，利用混沌检测系统进行的信号识别只能判定待检信号中是否含有缺陷回波，而无法判定缺陷回波的出现时刻和大小，成为本领域内难以克服的困难，致使混沌检测方法在超声导波信号检测中的应用十分有限。
[0004]中国专利技术申请CN103323529A，本专利技术公开了一种利用改进型杜芬混沌系统识别斜裂纹管道超声导波的方法，有以下步骤：1)在管道的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)在激发端附近的接收端接收超声导波回波信号并记录超声导波管道中传播的时间历程曲线，其中超声导波回波信号包含端面回波信号、噪声信号和淹没在噪声中的斜裂纹缺陷信号；3)利用改进型杜芬混沌系统对超声导波回波信号进行检测与分析，提取并识别淹没在噪声中的斜裂纹缺陷信息，获得整个管道的斜裂纹缺陷情况。该方法虽然可以检测到弱的缺陷回波信号，却无法对信号的幅值和发生时刻进行定位，也就无法实现缺陷的定量分析。
[0005]中国专利技术申请CN 105954358B，本专利技术公开了一种TR与Duffing系统相结合的超声导波小缺陷定位检测方法，步骤如下：1)在管道的一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)在激发端附近的另一端面接收超声导波回波信号并记录超声导波管道中传播的时间历程曲线；3)利用改进型杜芬混沌系统对超声导波回波信号进行检测与分析，提取并识别淹没在噪声中的小缺陷信息；4)将得到的带有小缺陷信息的信号进行时间反转后再进行二次激发；5)接收反转信号。该方法中混沌检测系统是一项辅助手段，用以判定检测信号中是否含有缺陷信号，以决定是否有进行时间反转检测的必要。
[0006]因此，为同时实现缺陷回波信号的检测、定量和定位技术，寻求一种弱超声导波信号的双混沌系统检测方法，来解决该领域中无法对缺陷信号进行定量分析的难题是十分迫切且必要的。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对上述现有技术中的缺陷，提出一种弱超声导波信号的双混沌系统检测方法。该方法包括确定目标信号，构造第一混沌系统并确定第一混沌系统阈值，构建第一混沌检测系统并识别目标信号幅值，确定考虑相位影响时的第一混沌系统阈值减小量，构造第二混沌系统并构建第二混沌检测系统，进行目标信号的检测和定位，进行管道缺陷定量
检测以确定管道缺陷的位置和大小。本专利技术利用双混沌检测系统，通过相位差补偿快速、准确地检测出缺陷回波目标信号的发生时刻，节省了求解资源，提高了分析效率，同时对小缺陷或远距离的检测提供了方向。
[0008]本专利技术提供一种弱超声导波信号的双混沌系统检测方法，其包括以下步骤：
[0009]S1、确定目标信号：设目标信号为调制的单频信号s(t)；
[0010]S2、构造第一混沌系统并确定第一混沌系统阈值F
c1
；
[0011]S21、以Duffing方程构造第一混沌系统：
[0012][0013]其中，ω表示第一外驱动力圆频率；c表示第一阻尼且为常数；x表示混沌系统的位移变量；F表示外驱动力幅值；t表示混沌系统的演化时间；
[0014]S22、在第一参数条件下，变换外驱动力幅值F，得到由周期态向混沌态转变的第一混沌系统阈值F
c1
，将参数为第一混沌系统阈值F
c1
、第一阻尼c、第一外驱动力圆频率ω确定的系统设定为第一混沌系统；
[0015]S3、构建第一混沌检测系统并识别目标信号幅值：将目标信号叠加到式(2)右侧的外驱动力项上构建第一混沌检测系统，叠加目标信号部分，实现目标信号幅值的识别；
[0016]S4、确定考虑相位影响时第一混沌系统的阈值减小量；
[0017]S41、设步骤S1中目标信号与步骤S2中式(2)右侧外驱动力存在相位差当时，步骤S3中第一混沌检测系统变为：
[0018][0019]其中，ω1表示目标信号圆频率，且ω1＝2πf，f表示目标信号频率；n表示目标信号波谷数；k为整数；A表示目标信号幅值；Δt表示目标信号长度，且Δt＝2πn/ω；
[0020]S42、考虑相位影响时，第一混沌系统的阈值减小量ΔF变为：
[0021][0022]当时，第一混沌系统的阈值减小量ΔF取得最大值，为目标信号幅值A；
[0023]S5、构造第二混沌系统并构建第二混沌检测系统，与第一混沌检测系统联合进行目标信号定位；
[0024]S51、所述第一混沌系统的外驱动力添加一个初相位进行相位补偿，式(7)变为：
[0025][0026]S52、变换初相位叠加目标信号，若系统进入混沌态后，减小驱动力幅值，使系统再次回到周期态，记驱动力幅值减小量为第一混沌系统的阈值减小量ΔF，若系统仍保持
为周期态，记ΔF＝0，并绘制曲线，当时，第一混沌系统的阈值减小量ΔF取得极大值，有(ΔF)
max
＝A，记此时初相位为
[0027]S53、构造第二混沌系统：在第二参数条件下，变换外驱动力幅值F，得到该系统由周期态向混沌态转变的第二混沌系统阈值F
c2
；将参数为第二混沌系统阈值F
c2
、第二阻尼c2、第二外驱动力圆频率ω2确定的系统设定为第二混沌系统；
[0028]S54、构建第二混沌检测系统的数学模型：
[0029][0030]其中，表示第二混沌检测系统的第二外驱动力补偿初相位；
[0031]S55、变换第二混沌检测系统的第二外驱动力初相位叠加目标信号，若系统进入混沌态后，减小驱动力幅值，使系统再次回到周期态，记驱动力幅值减小量为第二混沌系统的阈值减小量ΔF，若系统仍保持为周期态，记ΔF＝0，并绘制曲线，标记第二混沌系统的阈值减小量ΔF取得极大值时为
[0032]S56、目标信号的波峰发生时刻t
x
为：
[0033][0034]其中，T表示待检信号长度；
[0035]叠加待检信号的起始时间t0，获得目标信号的真实波峰发生时刻t
d
为：
[0036][0037]完成目标信号的检测和定位。
[0038]进一步，所述步骤S3具体包括以下步骤：
[0039]S31、将目标信号叠加到Duffing方程右侧的外驱动力上，则第一混沌检测系统为：
[0040][0041]S32、考察叠加目标信号部分，有：
[0042][0043]S33、式(4)中n不超过20，满足限定条件，此时后两项可忽略不计，有：
[0044]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种弱超声导波信号的双混沌系统检测方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1、确定目标信号：设目标信号为调制的单频信号s(t)；S2、构造第一混沌系统并确定第一混沌系统阈值F
c1
；S21、以Duffing方程构造第一混沌系统：其中，ω表示第一外驱动力圆频率；c表示第一阻尼且为常数；x表示混沌系统的位移变量；F表示外驱动力幅值；t表示混沌系统演化时间；S22、在第一参数条件下，变换外驱动力幅值F，得到由周期态向混沌态转变的第一混沌系统阈值F
c1
，将参数为第一混沌系统阈值F
c1
、第一阻尼c、第一外驱动力圆频率ω确定的系统设定为第一混沌系统；S3、构建第一混沌检测系统并识别目标信号幅值：将目标信号叠加到式(2)右侧的外驱动力项上构建第一混沌检测系统，叠加目标信号部分，实现目标信号幅值的识别；S4、确定考虑相位影响时第一混沌系统的阈值减小量；S41、设步骤S1中目标信号与步骤S2中式(2)右侧外驱动力存在相位差当时，步骤S3中第一混沌检测系统变为：其中，ω1表示目标信号圆频率，且ω1＝2πf，f表示目标信号频率；n表示目标信号波谷数；k为整数；A表示目标信号幅值；Δt表示目标信号长度，且Δt＝2πn/ω；S42、考虑相位影响时，第一混沌系统的阈值减小量ΔF变为：当时，第一混沌系统的阈值减小量ΔF取得最大值，为目标信号幅值A；S5、构造第二混沌系统并构建第二混沌检测系统，与第一混沌检测系统联合进行目标信号定位；S51、所述第一混沌系统的外驱动力添加一个初相位进行相位补偿，式(7)变为：S52、变换初相位叠加目标信号，若系统进入混沌态后，减小驱动力幅值，使系统再次回到周期态，记驱动力幅值减小量为第一混沌系统的阈值减小量ΔF，若系统仍保持为周期态，记ΔF＝0，并绘制曲线，当时，第一混沌系统的阈值减小量ΔF取得极大值，有(ΔF)
max
＝A，记此时初相位为S53、构造第二混沌系统：在第二参数条件下，变换外驱动力幅值F，得到该系统由周期
态向混沌态转变的第二混沌系统阈值F
c2
；将参数为第二混沌系统阈值F
c2
、第二阻尼c2、第二外驱动力圆频率ω2确定的系统设定为第二混沌系统；S54、构建第二混沌检测系统的数学模型：其中，表示第二混沌检测系统的第二外驱动力补偿初相位；S55、变换第二混沌检测系统的第二外驱动力初相位叠加目标信号，若系统进入混沌态后，减小驱动力幅值，使系统再次回到周期态，记驱动力幅值减小量为第二混沌系统的阈值减小量ΔF，若系统仍保持为周期态，记ΔF＝0，并绘制曲线，标记第二混沌系统的阈值减小量ΔF取得极大值时为S56、目标信号的波峰发生时刻t
x
为：其中，T表示待检信号长度；叠加待检信号的起始时间t0，获得目标信号的真实波峰发生时刻t
d
为：完成目标信...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟伟，成梦菲，武静，马宏伟，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：