声水平下(σ< 0.7)，系统对噪声具有较 强的免疫力。
[0064] 进一步的，步骤(3)是通过移动的矩形窗函数扫描待检测信号，计算每段检测信号 的Lyapunov指数，通过对全体时域信号计算完毕后查看输出的Lyapunov指数与时间曲线来 确定裂纹缺陷及位置。
[0065] 步骤(3)中，矩形窗函数进行的定位解析，具体包括：
[0066] (3-1).定义一个矩形窗函数，矩形窗函数对应的采样信号为Sw，矩形窗函数g(t_ τ)为： μ QSL
[0067] g(t_T) = 1，t e (ητ-〇 · 5Lw，nT+0 · 5LW)，/? =1、2、3…、------- t
[0068] 其中Lw为矩形窗函数的窗长，τ代表矩形窗函数的移动速度，N代表全时域信号的 长度；
[0069] (3-2).计算采样点的循环次数m，函数式为其中。为范德玻尔混沌检测系 统的信号长度；
[0070] (3-3).定义输入范德波尔检测系统的检测信号为Sd，函数为Sd = Sw · A，A为1行m列 的单位矩阵，A=(l，l~l)m;W函数式可知，Sd为循环了 m次的Sw信号；
[0071 ] 定义Lyapunov指数Li，Li = (li，12, "·1θ)Τ，其中11、12、'"1(3为通过范德波尔混纯检 测系统求解的le个Lyapunov指数值，le为Lyapunov指数Li最后收敛的数值；
[0072]定义Lyapunov指数输出Lmjt，Lmjt= (le, le, "·1θ)τ;此方法输出的是Lyapunov指数Li 最后收敛数值的集合，集合的长度与矩形窗函数的移动速度τ等长；
[0073] (3-4).计算每段检测信号的Lyapunov指数，通过对全时域信号进行检测计算，获 得全体时域信号的Lyapunov指数与时间曲线。
[0074]当待检测的信号有导波信号时，范德波尔混沌检测系统输出的Uut会发生变化，据 此可以判断此区域存在微裂纹，获得待检测管道中的微裂纹信息。
[0075]本实施例的利用超声导波技术对管道中的裂纹进行检测，并利用范德玻尔混沌系 统对检测信号进行分析，适合于长管线的微小裂纹损伤检测，利用该方法可以快速准确识 别管道中的微小裂纹及位置信息，具有实际的工程应用价值。
[0076] 实施例2。
[0077] 以一具体实验例对本发明的方法作进一步说明。一种利用范德玻尔混沌系统识别 管道微裂纹的超声导波方法，包括如下步骤：
[0078] (1)如图4所示，在管道一侧端面。激发超声导波信号，使得超声导波信号遍历管道 的所有位置。所施加的超声导波信号具体是:周期为10、频率为70KHz，超声导波信号的函数 表达式为：
f。为施加信号的频率，t是时间，η是 周期，具体的10周期信号如图5所示。
[0079] (2)在离激发位置10毫米处利用传感器接收回波信号，所接收的回波信号中包含 端面回波信号、噪声信号和淹没在噪声中的裂纹回波信号。本实施例中含裂纹缺陷的管道 的检测信号如图6所示。
[0080] (3)将回波信号输入预先建立的范德波尔混沌检测系统，判断裂纹情况。
[0081 ]其中，建立范德波尔混沌检测系统，具体包括：
[0082] A.选取范德玻尔混沌检测系统 A:-[i.'+ j(/_)](l-A+:)i + .v + C〇S(0.439823/) .= 0,其中 c为阻尼系数，互的为待检测信号；i是X的一阶偏导数，戈是X的二阶偏导数，X、i、J分别代 表相应的位移、速度以及加速度。
[0083] B.选取位移X和速度V = i，并引入时间增量z = t，改写范德玻尔混沌检测系统，即 将二维非自治系统改写为三维自治系统，得到：
[0084]
7
[0085] 其中，6是速度v的一阶偏导数，i'是Z的一阶偏导数。
[0086]该范德波尔混沌检测系统采用GSR法求解Lyapunov指数，选择范德波尔混沌检测 系统的最大Lyapunov指数1^来进行系统的状态判定。本实施例的范德波尔混沌检测系统选 取临界阻尼c为1.14进行导波检测。
[0087] 步骤（3)是通过移动的矩形窗函数扫描待检测信号，计算每段检测信号的 Lyapunov指数，通过对全体时域信号计算完毕后查看输出的Lyapunov指数与时间曲线来确 定裂纹缺陷及位置。
[0088] 步骤(3)中，矩形窗函数进行的定位解析，具体包括：
[0089] (3-1).定义一个矩形窗函数，矩形窗函数对应的采样信号为Sw，矩形窗函数g(t_ τ)为：
[0090]
[0091] 其中Lw为矩形窗函数的窗长，τ代表矩形窗函数的移动速度，Ν代表全时域信号的 长度。本实施例中，窗长U为2000，窗口移动速度τ为200。
[0092] (3-2).计算采样点的循环次数m，函数式为》，其中匕为范德玻尔混沌检测系 统的信号长度。本实施例中，范德玻尔系统的信号长度Ls为60000，m等于30。
[0093] (3-3).定义输入范德波尔检测系统的检测信号为Sd，函数为Sd = Sw · A，A为1行m列 的单位矩阵，A=(l，l~l)m;W函数式可知，Sd为循环了 m次的Sw信号。
[0094] 为了使输出与矩形窗函数对应，以下为输出的定义：
[0095] 定义Lyapunov指数Li，Li = (li，12, "·1θ)Τ，其中11、12、'"1(3为通过范德波尔混纯检 测系统求解的le个Lyapunov指数值，le为Lyapunov指数Li最后收敛的数值；
[0096]定义Lyapunov指数输出Lmjt，Lmjt= (le, le, "·1θ)τ;此方法输出的是Lyapunov指数Li 最后收敛数值的集合，集合的长度与矩形窗函数的移动速度τ等长。
[0097] (3-4).计算每段检测信号的Lyapunov指数，通过对全时域信号进行检测计算，获 得全体时域信号的Lyapunov指数与时间曲线。
[0098]当待检测的信号有导波信号时，范德波尔混沌检测系统输出的Uut会发生变化，本 实施例中，在〇.6ms裂纹区域发现输出的Uut形如导波波形，如图7所示。据此可判断在此区 域有裂纹。经与实际进行比对，本发明方法检测的裂纹位置与实际情况相符。因此本专利方 法可行，具有较强的微小裂纹检测的实际应用价值
[0099]本实施例的利用超声导波技术对管道中的裂纹进行检测，并利用范德玻尔混沌系 统对检测信号进行分析，适合于长管线的微小裂纹损伤检测，利用该方法可以快速准确识 别管道中的微小裂纹及位置信息，具有实际的工程应用价值。
[0100]最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护 范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理 解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和 范围。
【主权项】
1. 一种利用范德玻尔混沌系统识别管道微裂纹的超声导波方法，其特征在于，包括如 下步骤： (1) 在管道一侧端面激发超声导波信号，使得超声导波信号遍历管道的所有位置； (2) 在离激发位置5-12毫米处利用传感器接收回波信号，所接收的回波信号中包含端 面回波信号、噪声信号和淹没在噪声中的裂纹回波信号； (3) 将回波信号输入预先建立的范德波尔混沌检测系统，判断裂纹情况。2. 根据权利要求1所述的利用范德玻尔混沌系统识别管道微裂纹的超声导波方法，其 特征在于，建立范德波尔混沌检测系统，具体包括： A. 选取范德玻尔混沌检测系统i-[〃 +知)]〇-1::)〗+ 1 + 〇^(0.439823/) = 0，其中(3为阻 尼系数，&/)为待检测信号，t是时间；i是X的一阶偏导数d是X的二阶偏导数，x、l、戈分 别代表相应的位移、速度以及加速度； B. 选取位移X和速度v = i，并引入时间增量z = t，改写范德玻尔混沌检测系统，即将二 维非自治系统改写为三维自治系统，得到：其中，☆是速度v的一阶偏导数，i是Z的一阶偏导数； 所述范德波尔混沌检测系统采用GSR法求解Lyapunov指数，选择范德波尔混沌检测系 统的最大Lyapunov指数Li来进行系统的状态判定； 所述范德波尔混沌检测系统选取临界阻尼c为1.14进行导波检测。3. 根据权利要求2所述的利用范德玻尔混沌系统识别管道微裂纹的超声导波方法，其 特征在于，所述步骤(3)是通过移动的矩形窗函数扫描待检测信号，计算每段检测信号的 Lyapunov指数，通过对全体时域信号计算完毕后查看输出的Lyapunov指数与时间曲线来确 定裂纹缺陷及位置。4. 根据权利要求3所述的利用范德玻尔混沌系统识别管道微裂纹的超声导波方法，其 特征在于，所述步骤(3)中，矩形窗函数进行的定位解析，具体包括： (3-1).定义一个矩形窗函数，矩形窗函数对应的采样信号为Sw，矩形窗函数g(t-i)为：其中Lw为矩形窗函数的窗长，τ代表矩形窗函数的移动速度，N代表全时域信号的长度； (3-2).计算采样点的循环次数m，函数式为，其中Ls为范德玻尔混沌检测系统的 信号长度； (3-3).定义输入范德波尔检测系统的检测信号为Sd，函数为Sd = Sw · A，A为1行m列的单 位矩阵，A=(l，l"_l)m;W函数式可知，Sd为循环了 m次的Sw信号； 定义Lyapunov指数Li，Li = (li，12, '"le)1"，其中1ι、?2、···1θ为通过范德波尔混纯检测系 统求解的le个Lyapunov指数值，le为Lyapunov指数Li最后收敛的数值； 定义 LyapUnOV 指数输出 Lout，L〇ut= (le, le,…le)T; (3-4).计算每段检测信号的Lyapunov指数，通过对全时域信号进行检测计算，获得全 体时域信号的Lyapunov指数与时间曲线。5. 根据权利要求4所述的利用范德玻尔混沌系统识别管道微裂纹的超声导波方法，其 特征在于，所述步骤(3-1)中，窗长Lw为2000，窗口移动速度τ为200。6. 根据权利要求5所述的利用范德玻尔混沌系统识别管道微裂纹的超声导波方法，其 特征在于:所述步骤(3-2)中，范德玻尔系统的信号长度1^为60000。7. 根据权利要求1至6任意一项所述的利用范德玻尔混沌系统识别管道微裂纹的超声 导波方法，其特征在于:所述步骤(2)具体是在离激发位置10毫米处利用传感器接收回波信 号。
【专利摘要】一种利用范德玻尔混沌系统识别管道微裂纹的超声导波方法，包括如下步骤：(1)在管道一侧端面激发超声导波信号，使得超声导波信号遍历管道的所有位置；(2)在离激发位置5—12毫米处利用传感器接收回波信号，所接收的回波信号中包含端面回波信号、噪声信号和淹没在噪声中的裂纹回波信号；(3)将回波信号输入预先建立的范德波尔混沌检测系统，判断裂纹情况。本发明利用超声导波技术对管道中的裂纹进行检测，并利用范德玻尔混沌系统对检测信号进行分析，适合于长管线的微小裂纹损伤检测，利用该方法可以快速准确识别管道中的微小裂纹及位置信息，具有实际的工程应用价值。
【IPC分类】F17D5/06, G01N29/04, G01N29/44
【公开号】CN105675719
【申请号】CN201610083767
【发明人】杨飞, 武静, 马宏伟, 林逸洲
【申请人】广东工业大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年2月11日