[发明专利]基于双稳态系统的超声导波信号检测方法

摘要

本发明公开了一种基于双稳态系统的超声导波信号检测方法，所述方法包括：基于一维Langevin方程的双稳态系统，构造超声导波检测的随机共振模型；通过固定输入信号幅值，调节随机共振模型的噪声强度，选择随机共振模型的最优噪声强度实现随机共振；在选择随机共振模型的最优噪声强度后，利用随机共振模型实现对混合信号的滤波，以及实现对混合信号的识别；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。

主权项

1.基于双稳态系统的超声导波信号检测方法，其特征在于：所述方法包括：S1、基于一维Langevin方程的双稳态系统，构造超声导波检测的随机共振模型；S2、通过固定输入信号幅值，调节随机共振模型的噪声强度，选择随机共振模型的最优噪声强度；S3、在选择随机共振模型的最优噪声强度后，利用随机共振模型实现对混合信号的滤波，以及实现对混合信号的识别；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；S4、在选择随机共振模型的最优噪声强度后，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；步骤S1，具体包括：S11、利用受随机白噪声与外力作用的一维Langevin方程来描述双稳态系统，其表达式如下：其中，s(t)为外力，Γ(t)为纯噪声信号σe(t)，其中e(t)为满足N(0,1)分布的高斯白噪声，σ为噪声强度，V(x)为非线性双稳态势函数，且满足：调整式(2)，变为：其中，a、b为非线性双稳态系统的结构参数，两者均为大于0的实数；S12、经Hanning窗调制的超声导波信号表达式如下：其中，A为超声导波信号幅值，n为选用的单音频数目，ω_c＝2πf_c，f_c为任意实测超声导波的中心频率；S13、构造超声导波检测的随机共振模型，如下：其中，s(t)为上述超声导波信号，e(t)为满足N(0,1)分布的高斯白噪声，σ为噪声强度；S14、选择合适的参数A，f_c和σ，当A比较小时，整个双稳态系统运动的振荡角频率为ω，且双稳态系统的输出响应x为：其中，ω＝2πf，f为随机共振模型输出响应的频率，B为输出信号的幅值，为相位，x_n(t)为更高阶谐波；S15、实测超声导波的中心频率f_c与随机共振模型输出响应的频率f之间的关系满足：f_c·Δt＝f·h                       (7)其中，Δt代表实测信号的采样时间间隔，h代表利用四阶‑龙格库塔方法求解双稳态系统的积分步长，当h＝Δt时，满足f＝f_c。