基于相轨迹的多裂纹管道超声导波检测研究

在超声导波多裂纹管道损伤检测中,缺陷回波信号幅值较小且波形复杂,不利于损伤的识别。基于混沌系统的初值敏感性及较强的噪声免疫特性,通过数值模拟和实验研究,验证了杜芬混沌系统的相轨迹识别多裂纹管道超声导波信号的有效性。给出了混沌系统相轨迹识别导波信号的原理,并结合超声导波检测,确定基于相轨迹识别的系统检测参数。利用ANSYS有限元软件和搭建的超声导波实验平台分别进行数值模拟和实验,获得超声导波在含有不同损伤大小的6m长的双裂纹管道中传播的数值模拟信号和实验信号,并在数值模拟信号中添加一定的高斯白噪声,用以分析噪声对混沌系统的影响。利用选取的杜芬混沌系统检测数值模拟信号与实验信号并进行对比验证,最后根据二分法确定缺陷位置。检测的相轨迹结果表明,该杜芬系统能够有效地免疫噪声并识别管道中的双裂纹小缺陷,并且提高了超声导波检测的灵敏度。     

利用Lyapunov指数实现超声导波检测的实验研究

利用杜芬方程Lyapunov指数提出了一种敏感的超声导波识别方法,并通过对钢管中导波信号的检测验证了该方法的有效性。首先,对比了输入Hanning窗调制导波信号与纯噪声信号对系统Lyapunov指数的不同影响,给出了利用Lyapunov指数识别弱超声导波信号的基本原理,并确定了检测系统参数。然后,利用压电传感器在3 m长的钢管中激发和接受超声导波,并将实测导波信号输入杜芬检测系统。研究结果表明,Lyapunov指数可以有效地识别出回波信号中是否存在导波信号,而对于噪声信号Lyapunov指数表现出一定的免疫力,该方法有助于提高管道微缺陷识别的灵敏度。同时,利用输入含噪声的实测导波信号与输入实测纯噪声信号后的两个最大Lyapunov指数之比定义损伤指标,当缺陷在一定范围之内时,该指标具有单调递减性,可用于评估缺陷大小。应用本方法,可有效地提高导波检测的灵敏度。     

基于Lyapunov指数的管道超声导波小缺陷定位实验研究

为了提高超声导波检测长距离管道中小缺陷的检测灵敏度,提出了基于杜芬方程最大Lyapunov指数的超声导波损伤定位方法。依据管道超声导波实测信号的采样频率、中心频率以及杜芬方程特性,设置检测系统参数,将待测信号作为杜芬方程外策动力扰动项输入杜芬方程中。通过比较杜芬系统在无信号输入和输入实测导波信号后,最大Lyapunov指数随策动力幅值F的变化,确定可用于识别导波信号的F值。利用移动窗函数给出了缺陷超声导波的波到时刻识别方法,从而给出了缺陷定位方法。实验研究表明,利用最大Lyapunov指数可有效提高超声导波的检测灵敏度。     

基于Lorenz系统Lyapunov指数的管道超声导波检测

为了提高长距离管道超声导波检测中弱导波信号的识别精度,提出了基于Lorenz系统Lyapunov指数的管道超声导波检测方法。基于非共振周期信号的参数激励实现Lorenz系统的混沌控制,将待测的导波信号作为参数激励的扰动项输入Lorenz检测系统中,通过对比有无导波信号输入后Lorenz系统最大Lyapunov指数的不同响应,确定适合导波信号检测的参数激励幅值;然后利用ANSYS软件和搭建的超声导波试验平台分别进行数值模拟和实验,获得超声导波在含有不同损伤个数、大小的6 m长管道中传播的数值模拟信号和试验信号,利用Lorenz检测系统识别数值模拟与实验信号;基于二分法对导波信号进行分段识别,通过定位出回波信号的时间段实现损伤定位。检测结果表明,Lorenz系统能够有效地免疫噪声并识别管道的缺陷,并且提高了管道超声导波检测的灵敏度。     

基于Poincare截面突变特性的管道小缺陷识别与评估

利用混沌系统的参数敏感性与噪声免疫性,提出了一种以Poincare截面为混沌判据的弱导波信号检测系统,实现了管道小缺陷的识别与评估.首先,结合分岔分析与Poincare截面获取混沌阈值,完成了检测系统的参数设定.然后,通过仿真分析验证了以Poincare截面为混沌判据的检测系统的噪声免疫能力与参数敏感性.最后,开展了超...     

基于Duffing系统的微弱超声导波幅值检测方法研究EI北大核心CSCD

针对超声导波检测小缺陷时,缺陷回波能量微弱,幅值难以准确识别的问题,提出了一种基于Duffing系统混沌相变特性的检测方法,重点分析了超声导波周期数对等价驱动力幅值的影响,给出了等价驱动力改变量与导波幅值之间的量化关系。首先,通过分岔分析获得了Duffing系统的混沌阈值,详细介绍了基于混沌相变特性的幅值检测方法;然后,通过仿真研究验证了检测方法的可靠性;最后,开展了含缺陷管道的超声导波检测试验研究,利用该方法检测了缺陷回波幅值,并将检测结果与理论值进行对比。结果表明,该方法具有较强的噪声免疫性与弱信号敏感性,最小可以识别截面损失率为6.4%的小缺陷回波幅值,最大相对误差仅为-7.31%,这对于在强噪声干扰的背景下评估缺陷大小具有重要意义。     

混沌态杜芬振子与弱正弦信号参量估计

建立了一个对微弱正弦信号参量变化极其敏感的动力学系统.首先对多参量简化杜芬方程进行了改进,采用梅尔尼科夫过程函数讨论了方程的解和微分流形的演化情况;分析了非高斯色噪声对杜芬振子混沌运动行为的影响;进而提出了一种新的非高斯色噪声背景下正弦信号参量估计方法.理论分析和仿真实验都表明,此杜芬振子混沌状态下对任何零均值噪声具有免疫力,对正弦信号参量变化极为敏感.     

基于变形Lorenz系统和李雅普诺夫指数的微弱周期信号检测

提出了一种变形的Lorenz混沌检测系统,此系统主要具有混沌态和类周期态2种状态。利用最大李雅普诺夫指数作为判断混沌系统由混沌态趋于类周期态变化的量化依据,自动识别混沌系统的临界状态,更准确地判断微弱信号的存在。将互相关检测方法与混沌检测方法相结合,实现强噪声背景下微弱周期信号检测。仿真结果表明,该方法能有效地检测出强噪声中的微弱周期信号。     

利用间歇混沌检测含噪未知频率信号的研究

研究发现被测信号频率和干扰噪声变化都会引起间歇混沌间隔的变化,通过仿真实验分析了被测信号频率和干扰噪声对间歇混沌特征影响的相互关联关系,从理论上分析了被测信号频率和相角变化对间歇混沌特征的影响,提出了一种利用间歇混沌特征变化测量含噪未知频率信号的方法,设计了有噪声和无噪声两种环境中对声波信号频率的检测实验。实验结果显示与Duffing混沌系统相比,利用Liu-cos混沌系统间歇混沌检测含噪未知频率信号的效果更好。     

基于耦合Van der Pol-Duffing系统的微弱信号检测研究

传统方法检测微弱信号具有一定的困难,利用混沌振子对微弱信号敏感以及对强噪声具有良好免疫力的特性,提出基于耦合Van der Pol-Duffing振子系统检测微弱信号的新方法。对比不同参数下耦合系统的动力学行为,通过分岔图和二分法确定临界阈值,保证阈值搜索速度和阈值精度。阐述基于相图的微弱信号检测原理,通过从混沌态到周期态的转变成功检测淹没在强噪声中的微弱信号,信噪比门限达到–30 d B。同时考察不同精度幅值下噪声对系统状态的影响,不同频率信号以及相移对检测的影响。仿真结果表明,该耦合系统在强噪声条件下对微弱信号敏感,用于检测微弱信号是可行的。