[發明專利]利用三次范德玻爾混沌系統識別管道裂紋的超聲導波方法

在審

• 申請號: 201610083752.8
• 申請日: 2016-02-11
• 公開（公告）號: CN105675718A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 楊飛;武靜;馬宏偉;林逸洲
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/44;F17D5/06
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 趙蕊紅

技術領域

本發明涉及管道損傷檢測技術領域，特別是涉及一種利用三次范德玻爾混沌系統識別管道裂紋的超聲導波方法。

背景技術

管道運輸被譽為繼鐵路、公路、航空、海運之后的第五大運輸工具，是城市生命線工程的重要組成部分，然而由于腐蝕、埋設(或架設)地區環境以及人為破壞等因素對管道的安全服役形成了潛在威脅，因此有必要對管道的損傷狀況進行檢測識別。

為防止管道惡性事故的發生，我國每年用于油氣管道維修方面的費用高達數億元，且呈逐年增加趨勢。然而，由于受檢測手段的限制，管道損傷狀況不明，往往造成盲目開挖、盲目報廢，維修缺乏科學性，造成人力、物力的巨大浪費。

低頻應力波在有界結構中的傳播被稱為超聲導波，上世紀末，超聲導波被成功用于埋地管道及其它不易直接測量結構的無損檢測與評估中。超聲導波檢測可利用回波信號來分析，即當導波在傳播過程中遇到管道缺陷，會有部分導波發生反射，通過分析回波信號特征，可判斷出在距離測試點多遠的位置可能存在缺陷。與傳統超聲波檢測技術相比，超聲導波沿著波導結構長度方向激發，其檢測范圍是“線”而非“點”，其檢測范圍可達50～100m。由于應力波屬于體波傳播，因此它可以實現對結構表面和內部的全面檢測，且具有檢測速度快，檢測范圍廣且無需去除覆蓋層等優勢。

隨著社會的發展，需要對管道中的微裂紋進行預先檢測以及時更換管道，預防不良事件發生。然而，現有技術中對微小裂紋的檢測效果有限。

因此，針對現有技術不足，提供一種利用三次范德玻爾混沌系統識別管道裂紋的超聲導波方法以克服現有技術不足甚為必要。

發明內容

本發明的目的在于避免現有技術的不足之處而提供一種利用三次范德玻爾混沌系統識別管道裂紋的超聲導波方法，該方法能夠快速準確判斷管道中裂紋缺陷及裂紋缺陷的位置。

本發明的上述目的通過如下技術手段實現。

提供一種利用三次范德玻爾混沌系統識別管道裂紋的超聲導波方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)在管道一側端面激發超聲導波信號，使得超聲導波信號遍歷管道的所有位置；

(2)在離激發位置6—13毫米處利用傳感器接收回波信號，所接收的回波信號中包含端面回波信號、噪聲信號和淹沒在噪聲中的裂紋回波信號；

(3)將回波信號輸入預先建立的三次范德波爾混沌檢測系統，判斷裂紋情況。

優選的,建立三次范德波爾混沌檢測系統，具體包括：

A.選取范德玻爾混沌檢測系統其中c為阻尼系數，為待檢測信號，t為時間；是x的一階偏導數，是x的二階偏導數，x、分別代表相應的位移、速度以及加速度，F是策動力，ω是策動力頻率，ω₀是系統的固有頻率；

B.選取位移x和速度并引入時間增量z＝t，改寫范德玻爾混沌檢測系統，即將二維非自治系統改寫為三維自治系統，得到：

其中，是速度v的一階偏導數，是Z的一階偏導數；

所述范德波爾混沌檢測系統采用GSR法求解Lyapunov指數，選擇范德波爾混沌檢測系統的最大Lyapunov指數L₁來進行系統的狀態判定；

所述范德波爾混沌檢測系統選取臨界阻尼c為1.68進行導波檢測。

優選的，頻率ω為0.439823，參數ω₀為1，策動力F為1.3。

上述步驟(3)是通過移動的矩形窗函數掃描待檢測信號，計算每段檢測信號的Lyapunov指數，通過對全體時域信號計算完畢后查看輸出的Lyapunov指數與時間曲線來確定裂紋缺陷及位置。

上述步驟(3)中，矩形窗函數進行的定位解析，具體包括：

(3-1).定義一個矩形窗函數，矩形窗函數對應的采樣信號為S_w，矩形窗函數g(t-τ)為：

g(t-τ)＝1，t∈(nτ-0.5L_w，nτ+0.5L_w)，

其中L_w為矩形窗函數的窗長，τ代表矩形窗函數的移動速度，N代表全時域信號的長度；

(3-2).計算采樣點的循環次數m，函數式為其中L_s為范德玻爾混沌檢測系統的信號長度；