[发明专利]基于Duffing系统的随机共振特性的超声导波检测方法

说明书

本发明公开了一种基于Duffing系统的随机共振特性的超声导波检测方法，所述方法包括：基于自由振动的Duffing系统，构造超声导波检测的随机共振模型；记录在固定输入信号幅值下，随机共振模型中改变阻尼比时对应的输出信号幅值，并绘制出输出信号幅值随阻尼比的变化曲线，选择输出信号幅值最大处对应的阻尼比的值作为随机共振模型的阻尼比最优参数值；在选择随机共振模型的阻尼比最优参数值后，利用随机共振模型实现对混合信号的滤波，以及对混合信号的识别；其中，所述混合信号为超声导波信号与噪声信号的混合信号。本发明可以识别出混合信号中的微弱超声导波信号，判断出管道中是否有缺陷，进一步提高了超声导波检测管道缺陷的灵敏度。

技术领域

本发明涉及一种超声导波检测技术，尤其是一种基于Duffing系统的随机共振特性的超声导波检测方法，属于无损检测技术领域。

背景技术

“超声导波技术”是一种基于应力波在固体中的传播特性提出的无损检测新技术，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”，检测范围可达50～100米，已经成为无损检测领域的重要方法。目前，超声导波检测技术应用广泛于细长型结构的检测中，例如棒状、杆状以及板状结构的无损检测中，尤其是在管道尤其是对于一些充液管道、埋地管道、高温高压管道、油气管道等实际管道、钢轨、钢索以及板结构中。本申请以检测管道中传播的超声导波为例，说明所提方法的有效性。

由于超声导波在传播过程中的复杂特性，在实际检测中不可避免地会受检测距离、缺陷大小、结构服役环境以及测试系统误差等影响，致使接收到信号表现为强噪声下的弱信号特征，大大降低了缺陷检测效率。为了提高超声导波的检测效率，延长检测距离，国内外研究学者越来越重视对超声导波信号的分析和研究，并且发展了许多有效地方法。如传统的时域分析、频域分析(FFT变换)以及时频域分析(小波变换、短时傅里叶变换等)，以及近年来发展起来的混沌检测方法。均取得了一定的成果。其中混沌检测方法中，尤其是在利用混沌Duffing振子的微弱信号检测方法上许多学者进行了深入研究。然而该方法也存在一些需要解决的问题，例如，Duffing系统的检测存在频率、初相位限制，无法检测任意频率、任意相位的导波信号，影响检测效率。

发明内容

本发明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Duffing系统的随机共振特性的超声导波检测方法，该方法可以增强管道回波中微弱超声导波信号的幅值，从而可以识别出混合信号中的微弱超声导波信号，判断出管道中是否有缺陷，进一步提高了超声导波检测管道缺陷的灵敏度。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

基于Duffing系统的随机共振特性的超声导波检测方法，所述方法包括：

S1、基于自由振动的Duffing系统，构造超声导波检测的随机共振模型；

S2、记录在固定输入信号幅值下，随机共振模型中改变阻尼比时对应的输出信号幅值，并绘制出输出信号幅值随阻尼比的变化曲线，选择输出信号幅值最大处对应的阻尼比的值作为随机共振模型的阻尼比最优参数值；

S3、在选择随机共振模型的阻尼比最优参数值后，利用随机共振模型实现对混合信号的滤波，以及对未知频率的混合信号的识别；其中，所述混合信号为超声导波信号与噪声信号的混合信号。

进一步的，所述方法还包括：

S4、在选择随机共振模型的阻尼比最优参数值后，利用随机共振模型检测在管道中收集到的回波信号，判断管道中是否有缺陷。

进一步的，步骤S1，具体包括：

S11、选取自由振动的Duffing系统，其表达式如下：